BAB IV ANALISA & HASIL PERANCANGAN. Bab ini menjelaskan mengenai Perancangan dan Perhitungan struktur atas

Bab IV Analisa & Hasil Perancangan

BAB IV ANALISA & HASIL PERANCANGAN

4.1

Pendahuluan Bab ini menjelaskan mengenai Perancangan dan Perhitungan struktur atas

berupa bangunan Kubah (Dome) dengan menggunakan profil baja. Untuk memudahkan proses perancangan struktur atas dihitung mulai dari Struktur Penutup atap, Struktur penyangga utama, Struktur penopang, Alat sambungan yang dibagi menjadi beberapa bagian, antara lain:

a. Perancangan Gording. b. Perancangan Girt (Cladding). c. Perancangan Rangka Portal Kuda-kuda. d. Perancangan Struktur penyangga Cladding. e. Perancangan Struktur Rangka Batang Truss. f. Perancangan Struktur Pengekang Lateral (Flybrace). g. Perancangan Struktur Kolom dan Dudukan (Base Plate). h. Perancangan Sambungan antar Profil Baja (Bola Nodal, Baut dan Las).

Serta untuk perhitungan mengacu pada standar perencanaan Struktur Baja, AISC-LRFD99 dan SNI-03-1729-2002 menggunakan 2 metode, yaitu secara manual

matematis

dan

bantuan

software

SAP2000.

Sedangkan

untuk

penggambaran Layout dan detail bangunan Kubah menggunakan AutoCAD 2012.

IV-1


4.2

Perancangan Gording

Gambar 4.1 Potongan melintang Gording menggunakan Lip-Kanal.

4.2.1. Data-data struktur Diketahui parameter-parameter struktur untuk desain Gording pada bangunan Kubah, antara lain sebagai berikut : a. Jarak antar gording / purlin (s)

= 1,25 m c/c

b. Jarak Portal Rangka Ruang (Dport)

=6m

c. Sudut kemiringan (Max. Sloping)

= 26,5˚

d. Jarak tumpuan Lateral (Dport / 2)

=3m

4.2.2. Data-data Penampang a. Profil yang digunakan Lip-Kanal tipe C200.75.20.3,2. b. Berat sendiri Purlin (qprof)

= 9,27 kg/m

H = 200 mm

B = 75 mm

C = 20 mm

t = 3,2 mm

Ix = 716 cm4

Iy = 84 cm4

A = 11,81 cm²

Cw = 67,79 cm6

Zx = 71,6 cm3

Zy = 15,8 cm3

J = 4030 cm4

Sx = 53,9 mm

(Untuk detail selengkapnya, lihat lampiran pada data teknis Lip-Kanal) IV-2


4.2.3. Data-data Bahan a. Modulus Elastisitas Baja (E)

= 200000 MPa

b. Tegangan Leleh Min. (fy)

= 240 MPa

c. fr, (Tegangan Sisa)

= 115 MPa

d. G = E / 2,6

= 80000 MPa

e. Berat Atap TEGOLA

= 12 kg/m

Gambar 4.2 Pemodelan Gording menggunakan Lip-Kanal.

Dalam sebuah perancangan, diasumsikan bahwa Shear Centre (S.C) agar berhimpit pada C.G supaya memudahkan dalam proses perhitungan dan bebanbeban bekerja pada sumbu simetri nya.

IV-3


4.2.4. Beban-beban yang bekerja a. Beban Mati (DL) -

Berat sendiri purlin kanal C200

= 9,27 kg/m

-

Berat Atap (TEGOLA), Ws = 12 kg/m² x 1,25 m

= 15

kg/m

-

Asesoris atap (MEP, Insulator dll) diambil 40%

= 10

kg/m

qDL

= 34,27 kg/m

b. Beban Hidup -

Beban pekerja dianggap pada pusat bentang (La)

= 100 kg

c. Beban Angin (WL)

Gambar 4.3 faktor koefisien angin pada Gedung tertutup.

Tekanan angin diambil 40 kg/m². koefisien angin ditinjau pada arah tekanan angin menuju atap dan menjauhi atap. Maka besar Beban Angin (WL) pada masing-masing arah tekanan angin, adalah: Koefisien muka angin (tekan)

= 0,02 x (26,5) - 0,4 = 0,13

Koefisien belakang angin (hisap)

= - 0,4

ω tekan

= 0,13 x 40 kg/m² x 1,25 m = 6,5 kg/m

ω hisap

= - 0,4 x 40 kg/m² x 1,25 m = -20 kg/m

IV-4


4.2.5. Momen-momen yang bekerja pada Gording Ditinjau pada bidang arah sumbu lemah dipasang trekstang pada tengah bentang, sehingga Ly = 0,5 x jarak portal (6 m) = 3 m. a. Momen akibat beban mati

Gambar 4.4 Tinjauan akibat beban mati pada Gording.

qx

= qDL x Cos 26,5

= 34,27 x 0,90

= 30,84 kg/m

qy

= qDL x Sin 26,5

= 34,27 x 0,45

= 15,42 kg/m

Mx

= 1/8 x qx x Lx² = 1/8 x 30,84 x (6)²

My

= 138,78 kg.m

= 1/8 x qy x Ly² = 1/8 x 15,42 x (3)²

= 17,35 kg.m

b. Momen akibat beban hidup (P = La)

Gambar 4.5 Tinjauan akibat beban hidup pada Gording.

Mx

= 1/4 x (P.cos 26,5) x Lx = 1/4 x (100 x 0,90) x 6

My

= 135,00 kg.m

= 1/4 x (P.sin 26,5) x Ly = 1/4 x (100 x 0,45) x 3 IV-5

= 33,75 kg.m


c. Momen akibat beban angin Angin tekan, Mx

= 1/8 x (6,5) x (6)²

= 29,25 kg.m

Angin hisap, Mx

= 1/8 x (-20) x (6)²

= -90,00 kg.m

d. Momen akibat kombinasi pembebanan (Maksimum) -

Ditinjau pada arah sumbu y (Mux):

1) 1,4 DL

= 1,4 x 138,78

= 194,29 kg.m

2) 1,2 DL + 0,5 La

= 1,2 (138,78) + 0,5 (100)

= 216,54 kg.m

3) 1,2 DL + 1,6 La

= 1,2 (138,78) + 1,6 (100)

= 326,54 kg.m

4) 1,2 DL + 1,6 La + 0,8 WL

= 1,2 (138,78) + 160 + 23,24 = 349,78 kg.m

5) 1,2 DL + 1,3 WL + 0,5 La

= 166,54 + 38,03 + 50

= 254,57 kg.m

6) 0,9 DL + 1,3 WL

= 124,90 + 38,03

= 162,93 kg.m

7) 0,9 DL - 1,3 WL

= 124,90 - 38,03

= 86,87 kg.m

-

Ditinjau pada arah sumbu x (Muy):

1) 1,4 DL

= 1,4 x 17,35

= 24,29 kg.m

2) 1,2 DL + 0,5 La

= 1,2 (17,35) + 0,5 (100)

= 70,82 kg.m

3) 1,2 DL + 1,6 La

= 1,2 (17,35) + 1,6 (100)

= 180,82 kg.m

4) 1,2 DL + 1,6 La + 0,8 WL

= 20,82 + 160 + 0

= 180,82 kg.m

5) 1,2 DL + 1,3 WL + 0,5 La

= 20,82 + 0 + 50

= 70,82 kg.m

6) 0,9 DL + 1,3 WL

= 15,62 + 0

= 15,62 kg.m

7) 0,9 DL - 1,3 WL

= 15,62 – 0

= 15,62 kg.m

Dari kombinasi diatas, maka didapat hasil momen maksimum sebagai berikut: Mux = 349,78 kg.m

= 3,43 kNm

Muy = 180,82 kg.m

= 1,77 kNm

IV-6


4.2.6. Perhitungan desain LRFD pada profil Gording a. Batas kelangsingan penampang / Unbraced Length. •

Cek tekuk lokal pada plat Flange λ

= b / tf = 75 / (3,2)

= 23,44

λp

= 170 / √fy

= 10,97

λr

= 370 / √fy – fr

= 33,09

λp < λ < λr………………………………….. Penampang tidak kompak!! •

Cek tekuk lokal pada plat Web λ

= h / tw = 200 / 3,2

= 62,50

λp

= 1680 / √ fy

= 108,44

λ < λp …………………………………………..… Penampang kompak!! b. Menghitung momen residual, Mr Mr = Sx.( fy – fr) = 53,9 x (1250)

= 673,75 kg.m

c. Perencanaan Lentur •

Mn tanpa tekuk global pada penampang kompak (Web) Mn = Mp = Zx.fy = 71,6 cm³ x 2400 = 1718,4 kg.m

•

Mn tanpa tekuk global pada penampang tidak kompak (Flange) Mn

= Mp – (Mp - Mr) {(λ – λp) / (λr- λp)} = 1718,4 - (1718,4 – 673,75){(12,47) / (22,12)} = 1129,49 kg.m

d. Menghitung pengaruh tekuk lateral,(Lp dan Lr) X1

= π/Sx. √ (E.G.J.A) / 2 = 0,06 x 275954489 = 16557,27 kg.m

X2

= (4.Cw) / Iy) x (Sx / G.J)2 = 3,23 x 2,80.10-16

= 9,03.10-13 kg.m

IV-7


Lp = (790 / √fy ) . ry = 16,13 x 2,67

= 0,43 m

Lr = ((ry.(X1 / ( fy – fr)) x √1 + √1 + X2.( fy – fr)² = ((2,67 x 16557,27 / (1250)) x √1 + √1 + (9,03.10-13).(125)² = 17,68 m Dari hitungan diatas diketahui Lp < L < Lr (bentang menengah), maka Mn: Mn = Cb {((Mr + (Mp – Mr)) x ((Lr-L) / (Lr-Lp))}

<

Mp

Mn = 1.01{(673,75 + (1718,4-673,75) x ((8,34)/(116,30))} <

Mp

Sedangkan besaran Cb ditentukan sebesar 1.01, sehingga:

≤

Mn = 756,15 kg.m

Mp = 1718,40 kg.m…..……...…….….OK!

e. Kesimpulan untuk nilai tekuk lokal penampang Tekuk lokal pada Web (Mnx)

= 1718,40 kg.m

Tekuk lokal pada Flange (Mny)

= 1129,49 kg.m

Tekuk Lateral

= 756,15 kg.m

Momen nominal diambil nilai yang terkecil, berdasarkan SNI Baja dan LRFD: Mu

≤

ϕMn

Mu = 3,43 kNm

≤

ϕMn = 6,81 kNm….……………………OK!

4.2.7. Kuat geser Web pada profil Gording a. Gaya geser yang dicek hanya pada sumbu X (sumbu kuat) qu = 1.2DL + 1.6LL = 1.2 (34,27) + 1.6 (100) Vu

= 201,12 kg/m

= 0,5.qu.Dpor.Cos (26,5) = 0,5 x 201,12 x 6 x 0,90 = 543,02 kg.m

= 5,43 kNm

b. Besaran luas penampang untuk perhitungan geser adalah: Aw = H.tw = 200 x 3,2

= 640 mm2

IV-8


c. Kelangsingan Web dan batas-batas kelangsingan h/tw = 200 / 3,2

= 62,5 < 260 (tidak disyaratkan pengaku)

2,45. √E/fy = 833,33

= 70,73

3,07. √E/fy = 833,33

= 88,62

d. Gaya geser Nominal, Vn Vn

= 0,6.(240).640, Jika (h/tw)

Jadi, Vn

= 9,22 kN

≤ 70,73

Web is Stabil

e. Geser di desain dengan faktor tahanan, ϕv = 0.9 Vu = 5,43 kNm

≤

ϕv.Vn = 8,3 kNm……...……..OK!

4.2.8. Cek masalah Puntir Untuk mengatasi masalah puntir (Torsion), maka persamaan menjadi: {(Mux / (ϕ.Mnx)} + {(Muy / (ϕ.Mny / 2)}

≤

1

{(349,78 / (1546,56)} + {(180,82 / ((1016,54) / 2)}

≤

1

Cek Rasio

≤

1…OK!

(0,23) + (0,36)

= 0,59

4.2.9. Batasan Lendutan pada Gording a. Batas lendutan (ΔMax) Menurut SNI-03-1729-2002, Tabel 6.4.1, Agar memenuhi persyaratan Lendutan maksimum, maka disyaratkan untuk balok biasa (L/240): ΔMax = 3000 / 240 = 12,5 mm

IV-9


b. Defleksi pada arah Y (fy) •

Akibat beban mati (δDL) dan akibat beban hidup (δLL) ΔTerjadi = {5/384 x (qDL.Cos 26,5.L4) / E.Ix } = {5 x (34,27 x 0,895 x 64) x 108 x 10-2 / 384 (2.105 x 716)} = (1,99.1011) / (5,50.1010)

= 3,62 mm

ΔTerjadi = {1/48 x (P. Cos 26,5.L3)) / E.Ix} = {1 x (100 x 0,895 x 63) x 106 / 48 x (2.105 x 716)} = (1,93.1011) / (6,87.1010)

= 2,81 mm

c. Defleksi pada arah X (fx) •

Akibat beban mati (δDL) dan akibat beban hidup (δLL) ΔTerjadi = {5/384 x (qDL.Sin 26,5.L4) / E.Iy } = {5 x (34,27 x 0,45 x 34) x 108 x 10-2 / 384 (2.105 x 84)} = (6,23.109) / (6,45.109)

= 0,97 mm

ΔTerjadi = {1/48 x (P.Sin 26,5.L3)) / E.Iy} = {1 x (100 x 0,45 x 33) x 106 / 48 x (2.105 x 84)} = (1,22.109) / (8,06.108)

= 1,51 mm

d. Defleksi total ΔKomb = √δ fy² + δ fx² = √ (6,43)² + (2,48)² = 6,89 mm

e. Kontrol defleksi terhadap beban layan (Service) ΔKomb = 7 mm

≤

ΔMax = 12,5 mm……………..…………OK!

IV-10


4.3

Perancangan Girt (Cladding)

Gambar 4.6 Potongan melintang Cladding pada Kubah.

4.3.1. Data-data struktur Diketahui parameter-parameter struktur untuk desain Girt pada antara lain: a. Jarak antar Girt (s)

= 1,25 m c/c

b. Jarak Portal Rangka Cladding (Dport)

=6m

4.3.2. Data-data Penampang a. Profil yang digunakan Lip-Kanal tipe C200.75.20.2,5. b. Berat sendiri Girt (qprof)

= 7,33 kg/m

H = 200 mm

Sx = 54,5 mm

Ix = 573 cm4

Iy = 68 cm4

Zx = 57,3 cm3

Zy = 12,9 cm3

IV-11



= 2x105 MPa


= 240 MPa

c. G = E / 2,6

= 80000 MPa

d. Berat Dinding TEGOLA

= 12 kg/m’

4.3.4. Beban-beban yang bekerja a. Beban Mati (DL) -

Berat sendiri Girt kanal C200.75.20

= 7,33 kg/m

-

Berat Wall (TEGOLA), Ws = 12 kg/m² x 1,25 m

= 15

kg/m

-

Asesoris Girt (MEP, Insulator dll) diambil 20%

= 5

kg/m

qDL

= 27,33 kg/m

b. Beban Hidup -

Beban pekerja dianggap pada pusat bentang (La)

= 100 kg

c. Beban Angin (WL)

Gambar 4.7 Faktor koefisien angin pada Cladding Kubah.

IV-12


Tekanan angin diambil 40 kg/m², Maka besar Koefisien beban angin (WL): Koefisien muka angin (tekan)

= 0,9


= -0,4

ω tekan

= 0,9 x 40 kg/m² x 1,25 m

ω hisap

= -0,4 x 40 kg/m² x 1,25 m = -20 kg/m

= 45 kg/m

4.3.5. Momen-momen yang bekerja pada Girt Ditinjau arah sumbu lemah dipasang trekstang ditengah bentang, sehingga Ly = 0,5 x jarak portal (6m) = 3 m. Perhitungan momen-momen pada Girt, Yaitu:

Gambar 4.8 Potongan penampang Profil Girt.

a. Momen pada arah Y (arah sumbu lemah) qyt = 27,33 kg/m’ My

= 1/8 x qyt x Ly2

= 1/8 x 27,33 x 32

= 30,75 kg.m

= 3075 kg.cm

Wx

= My.y / Ix

= 3075 x 10 / 573

= 53,67 cm3

σY

= M y / Wx

= 3075 / 53,67

= 57,30 kg cm2

IV-13


b. Momen pada arah X (arah sumbu kuat) -

Angin Tekan qxt = 45 kg/m’

-

Mx

= 1/8 x qyt x L2 = 1/8 x (45) x (6)²

= 20300 kg.cm

Wy

= Mx.x / Iy

= 20300 x 2,2 / 68

= 656,8 cm3

σX

= Mx / W y

= 20300 / 656,8

= 30,91 kg cm2

Angin Hisap qxt

= -20 - 12 = -32 kg/m’

Mx

= 1/8 x qyt x L2 = 1/8 x (-32) x (6)²

= 14400 kg.cm

Wy

= Mx.x / Iy

= 14400 x 2,2 / 68

= 465,88 cm3

σX

= M / Wy

= 14400 / 465,88

= 30,91 kg cm2

c. Momen akibat kombinasi pembebanan (Maksimum) -

Ditinjau pada arah sumbu Y (Mux): 1,2 DL + 1,6 La + 0,8 WL

-

= 196,90 kg.m

Ditinjau pada arah sumbu X – Tekan (Muy): 1,2 DL + 1,6 La + 0,8 WL

-

= 1,2 (30,75) + 160 + 0

= 1,2 (203) + 160 + 0,31

= 403,91 kg.m

Ditinjau pada arah sumbu X – Hisap (Muy): 1,2 DL + 1,6 La + 0,8 WL

= 1,2 (144) + 160 + 0,31

= 333,11 kg.m

Dari kombinasi diatas, didapat hasil kombinasi maksimum sebagai berikut: Mux = 196,90 kgm

= 1,97 kNm

Muy = 403,91 kgm

= 4,04 kNm (Tekan)

Muy = 333,11 kgm

= 3,33 kNm (Hisap)

IV-14


4.3.6.

Perhitungan desain LRFD pada profil Girt

Asumsi kombinasi pembebanan yang paling dominan adalah Muy. a. Batas kelangsingan penampang / Unbraced Length •

Cek tekuk lokal pada plat Flange λ

= b / tf = 75 / (2,5)

= 30,00

λp

= 170 / √fy

= 10,97

λr

= 370 / √fy – fr

= 33,09

λp < λ < λr……………….…………………..Penampang tidak kompak!! •

Cek tekuk lokal pada plat Web λ

= h / tw = 200 / 2,5

= 80,00

λp

= 1680 / √ fy

= 108,44

λ < λp …………………………………………..… Penampang kompak!! b. Menghitung momen residual, Mr Mr = Sx.( fy – fr) = 54,5 x (125)

= 681,25 kg.m

c. Perencanaan lentur metode LRFD •

Mn tanpa tekuk global pada penampang kompak Mn = Mp = Zx.fy

•

= 57,3 cm³ x 240

= 1375,2 kg.m

Mn tanpa tekuk global pada penampang tidak kompak Mn

= Mp – (Mp-Mr) {(λ – λp) / (λr- λp)} = 1375,2 - (1375,2 – 681,25){(19,03) / (22,12)} = 778,20 kg.m

d. Menghitung pengaruh tekuk lateral,(Lp dan Lr) X1

= π/Sx. √ (E.G.J.A) / 2 = 0,058 x 120584045,4

= 69938,75 kg.m

IV-15


X2

= ((4.Cw) / Iy)) . (Sx / G.J)2 = 32,57 x 0,123.10-12

= 4,01.10-12 kg.m

Lp

= (790 / √fy ) . ry

= 1,38 m

Lr

= ((ry.X1 / ( fy – fr)) x √1 + √1 + X2.( fy – fr)² = ((1895,34.106 / (125)) x √1 + √1 + (4,01.10-12).(125)² = 37,91 m

Dari analisa diatas diketahui Lp < L < Lr (bentang panjang), maka (Mn): Mn = Cb {((Mr + (Mp – Mr)) x ((Lr-L) / (Lr-Lp))}

<

Mp

<

Mp

Sedangkan besaran Cb ditentukan sebesar 1,01, sehingga: Mn = 1,01((681,25+(1375,2-681,25)){(31,91) / (36,53)} ≤

Mn = 1300,31 kg.m

Mp = 1375,20 kg.m ………….……….OK!

e. Kesimpulan untuk nilai tekuk lokal penampang Tekuk lokal pada Web (Mnx)

= 1375,20 kg.m

Tekuk lokal pada Flange (Mny)

= 778,20 kg.m

Tekuk Lateral

= 1300,31 kg.m

Karena hasil Mn diambil nilai terbesar, maka hitungan berdasarkan SNI: Mu

≤

ϕMn

Mu = 4,04 kNm

4.3.7.

≤

ϕMn = 7,00 kNm………...………….….OK!

Kuat geser Web pada profil Girt

a. Gaya geser yang dicek hanya pada sumbu X (sumbu kuat) Vu

= 0,5 qu.Dpor.Cos (26,5) = 0,5 x 203,20 x 6 x 0,99 = 5,92 kNm

b. Besaran luas penampang untuk perhitungan geser adalah: Aw = H.tw = 200 x 2,5

= 500 mm2

IV-16


c. Kelangsingan Web dan batas-batas kelangsingan h/tw = 200 / 2,5

= 80 < 260 (tidak disyaratkan pengaku)

2,45. √E/fy = 833,33

= 70,73

3,07. √E/fy = 833,33

= 88,62

d. Gaya geser Nominal 70,73 < 80 < 88,62

Jadi,

Tekuk Web inelastis dapat terjadi.

Vn

= 0,6.(240).Aw x 2,45√ E/fy /(h/tw) = 0,6.(240).500 x (70,73/80)

Vn

= 63657 N

e. Geser di desain dengan faktor tahanan, ϕv = 0,9. Vu = 5,92 kNm

4.3.8.

≤

ϕv.Vn = 5,73 kNm ……..OK!

Cek masalah Puntir

{(Mux / (ϕ.Mnx)} + {(Muy / (ϕ.Mny / 2)}

≤

1

{(196,90 / (1237,68)} + {(403,91 / (703,38) / 2)}

≤

1

Cek Rasio

≤

1…OK!

4.3.9.

(0,16) + (0,83)

= 0,99

Batasan lendutan pada Girt

a. Batas lendutan (ΔMax) Menurut SNI-03-1729-2002, Tabel 6.4.1, Agar memenuhi persyaratan Lendutan maksimum, maka disyaratkan untuk balok biasa (L/240): ΔMax = 3000 / 240 = 12,5 mm

IV-17


b. Defleksi pada arah Y (fy) •

akibat beban mati (δDL) dan akibat beban hidup (δLL) ΔTerjadi = {5/384 x (qDL.L4) / E.Ix } = {5 x (27,33 x 64) x 108 x 10-2 / 384 (2.105 x 573)} = (1,77.1011) / (4,40.1010)

= 4,02 mm

ΔTerjadi = {1/48 x (P.L3)) / E.Ix} = {1 x (100 x 63) x 106 / 48 x (2.105 x 573)} = (2,16.1011) / (5,50.1010)

= 3,93 mm

Σ ΔTerjadi = 4,02 + 3,93 = 7,95 mm c. Defleksi pada arah X (fx) •

akibat beban mati (δDL) dan akibat beban hidup (δLL) ΔTerjadi = {5/384 x (qDL.L4) / E.Iy } = {5 x (27,33 x 34) x 108 x 10-2 / 384 (2.105 x 68)} = (1,12.1010) / (5,22.109)

= 2,15 mm

ΔTerjadi = {1/48 x (Wtekan.L3)) / E.Iy} = {1 x (45 x 33) x 106 / 48 x (2.105 x 68)} = (1,22.109) / (6,52.108)

= 1,87 mm

Σ ΔTerjadi = 2,15 + 1,87 = 4,02 mm e. Defleksi total ΔKomb = √δ fy² + δ fx² = √ (7,95)² + (4,02)² = √ 63,2025 + 16,104 = 9 mm f. Kontrol defleksi terhadap beban layan (Service) ΔKomb = 9 mm

≤

ΔMax = 12,5 mm……….………………OK!

IV-18


4.4

Perancangan Struktur Rangka Portal Kuda-kuda

4.4.1. Model 3D pada Program SAP2000

Gambar 4.9 Pemodelan 3D pada Rangka Struktur Portal Kuda-kuda.

Maksud dari pemodelan ini adalah untuk mengetahui visualisasi pada bentuk bangunan sesungguhnya. Pada sisi rangka atas (Top Chord Truss), pemodelan rangka portal dibuat agak lengkung untuk membentuk rangka Kubah.

IV-19


4.4.2. Data-data Profil a. Profil awal yang digunakan pada Portal Kuda-kuda adalah: Arah Horisontal, Vertikal & Diagonal b. Berat sendiri Profil (qprof)

= 100.100.10EA = 14,90 kg/m

A = 19 cm2

Ix, Iy = 175 cm4

Zx, Zy = 24,4 cm3

H = 100 mm

t = 10 mm

Cx, Cy = 2,82 cm

Gambar 4.10 Profil EA untuk Rangka Struktur Portal Kuda-kuda.


= 2x105 MPa


= 240 MPa

c. G = E / 2,6

= 80000 MPa

4.4.4. Beban-Beban yang bekerja a. Beban Mati (DL) -

Berat sendiri Profil Gording C200

= 9,27 kg/m

-

Berat Atap (TEGOLA), Ws = 12 kg/m² x 1,25 m

= 15

kg/m

-

Asesoris 40% (MEP, Trekstang, Insulator)

= 15

kg/m

qDL

IV-20

= 39,27 kg/m


b. Beban Hidup (La) -

Beban pekerja dianggap pada pusat bentang

= 100 kg

c. Beban Angin (WL) Tekanan angin diambil 40 kg/m², Maka besar Koefisien beban angin (WL):

•

•

Arah Vertikal Koefisien muka angin (tekan)

= 0,02 x (26,5) - 0,4 = 0,13


= - 0,4

ω tekan

= 0,13 x 40 kg/m² x 1,25 m = 6,5 kg/m

ω hisap

= - 0,4 x 40 kg/m² x 1,25 m = -20 kg/m

Arah Horisontal Koefisien muka angin (tekan)

= 0,9


= -0,4

ω tekan

= 0,9 x 40 kg/m² x 1,25 m

ω hisap

= -0,4 x 40 kg/m² x 1,25 m = -20 kg

IV-21

= 45 kg


4.4.5. Pembebanan model struktur Portal Kuda-kuda Kombinasi pembebanan (Combo) menggunakan kombinasi yang paling dominan yaitu 1,2 DL + 1,6 La + 0,8 WL. a. Input Beban Mati (DL)

b. Input Beban Hidup (LL)

c. Input Beban Angin (WL)

IV-22


4.4.6. Hasil reaksi (Run Analysis) pada Struktur Portal Kuda-kuda a. Diagram bidang Normal

Diagram Bidang Normal adalah diagram yang dihasilkan dari faktor kombinasi pembebanan maksimum dari beban-beban yang bekerja pada struktur.

b. Diagram Defleksi

Diagram Defleksi adalah diagram struktur untuk mengetahui bagaimana lendutan yang terjadi ketika semua elemen beban-beban bekerja pada struktur.

IV-23


4.4.7. Cek Rasio Desain pada struktur Rangka Portal Kuda-kuda

Gambar 4.11 Model portal kuda-kuda yang telah di Run Analysis.

Elemen struktur yang dipakai harus disyaratkan dengan Rasio (< 1) agar struktur masih dapat memberikan kinerja layan batas kekuatan dan keamanan. Terlihat pada gambar 4.11, bahwa elemen-elemen profil yang dipakai menunjukan range nilai rasio 0,55 < 1. Jadi, profil 2x100.100.6EA aman digunakan, OK!.

IV-24


4.4.8. Analisa Gaya Batang

Tabel 4.1 Gaya Batang Rangka Portal Kuda-kuda. Pembebanan Max

2

Panjang (m) 1.222

3

Batang

Keterangan

COMBO-1

Aksial (Kg) 3718.61

1.222

COMBO-1

4006.24

Tarik

4

1.222

COMBO-1

-8592.68

Tekan

5

1.222

COMBO-1

-8592.68

Tekan

6

2.161

COMBO-1

-587.21

Tekan

7

2.568

COMBO-1

89.71

Tarik

8

2.394

COMBO-1

646.75

Tarik

10

1.422

COMBO-1

3812.99

Tarik

11

1.422

COMBO-1

2666.50

Tarik

12

1.422

COMBO-1

-8138.19

Tekan

13

2.422

COMBO-1

-8138.19

14

2.161

COMBO-1

699.01

Tekan Tarik

15

2.161

COMBO-1

-520.82

Tekan

16

2.161

COMBO-1

46.16

Tarik

17

2.296

COMBO-1

-704.65

Tekan

18

2.848

COMBO-1

-659.54

Tekan

20

1.422

COMBO-1

-342.33

Tekan

21

1.422

COMBO-1

-342.33

Tekan

22

1.422

COMBO-1

-156.50

Tekan

23

1.422

COMBO-1

79.36

Tarik

24

2.161

COMBO-1

-520.81

Tekan

25

2.161

COMBO-1

-1438.03

Tekan

26

2.296

COMBO-1

488.22

Tarik

27

2.848

COMBO-1

142.22

Tarik

30

1.481

COMBO-1

-368.36

Tekan

31

1.481

COMBO-1

-368.36

Tekan

IV-25

Tarik


32

1.481

COMBO-1

-235.37

Tekan

33

1.481

COMBO-1

-7.61

Tekan

34

2.161

COMBO-1

-524.08

Tekan

35

2.161

COMBO-1

46.9

Tarik

36

2.140

COMBO-1

117.88

Tarik

37

3.024

COMBO-1

632.87

Tarik

39

1.504

COMBO-1

276.61

Tarik

40

1.504

COMBO-1

276.61

Tarik

41

1.504

COMBO-1

-205.19

Tekan

42

1.504

COMBO-1

-8.08

Tekan

43

2.161

COMBO-1

-525.37

Tekan

44

2.161

COMBO-1

-166.67

Tekan

45

2.093

COMBO-1

-350.45

Tekan

46

3.080

COMBO-1

-955.41

Tekan

50

1.524

COMBO-1

-65.76

Tekan

51

1.524

COMBO-1

-54.66

Tekan

52

1.254

COMBO-1

-80.13

Tekan

54

1.546

COMBO-1

-81.38

Tekan

55

1.546

COMBO-1

-81.38

Tekan

56

2.111

COMBO-1

-527.05

Tekan

57

1.983

COMBO-1

-7.21

Tekan

58

3.124

COMBO-1

-35.93

Tekan

68

5.062

COMBO-1

110.38

Tarik

77

7.249

COMBO-1

-631.03

Tekan

90

2.870

COMBO-1

-9665.05

Tekan

91

2.870

COMBO-1

-297.16

Tekan

COMBO-1 (Maksimum)

= Kombinasi pembebanan 1,2 DL + 1,6 La + 0,8 WL.

Gaya Tekan Maksimum

= 9665,05 Kg = 9,67 Ton

Gaya Tarik Maksimum

= 4006,24 Kg = 4,00 Ton IV-26


4.4.9. Desain Rangka Batang a. Perancangan Batang Tarik

Gambar 4.12 Model struktur batang Tarik.

Tu

= 4006,24 Kg = 4,00 Ton

L

= 1,220 m

= 1250 mm

Profil yang dipakai 100.100.10EA. Ag = 19 cm2

fy = 2400 kg/cm2

fu = 3700 kg/cm2

Tinjauan pada Kondisi Leleh: ϕTn

= ϕAg.fy = 0.9 x (1920) x 240

= 42 Ton

Tinjauan pada Kondisi Fraktur: An

= 1820 mm2

= 2000 – 10 (16 + 2)

0.85Ag= 0.85 x 1820

= 1547 mm2

U

= 1 – (x/L) = 1 - (28,2/75)

= 0.62

Ae

= U.An = 0.62 x 1820

= 1128,4 mm2

ϕTn

= ϕAe .fu = 0.75 (1128,4) (370)

= 31 Ton

IV-27


Tinjauan pada Kondisi Geser Blok: 0.6 fu Anv

= 0.6 (370) (2750)

= 61 Ton

fu Ant

= (370) (1000)

= 37 Ton

Karena fu Ant < 0.6 fu Anv, sehingga persamaan menjadi: 0.6 fu Anv + fy Agt

= 61+ 240 (1000)

= 24 Ton

ϕTn

= 0.75 x (85)

= 18 Ton

Sesuai perhitungan diatas, profil 2x100.100.10EA memiliki Tahanan rencana sebesar 18 Ton.

b. Perancangan Batang Tekan

Gambar 4.13 Model struktur batang Tekan.

Nu

= 9665,05 Kg = 9,67 Ton

L

= 2,870 m

= 3000 mm

Profil awal yang dipakai 100.100.10EA. Ag = 19 cm2

fy = 2400 kg/cm2

Ix = Iy = 175 cm4

Cx = Cy = 28,2 mm

IV-28

fu = 3700 kg/cm2


Cek kelangsingan penampang: -

Flange b/t = 10

-

≤

200 / √fy = 12,91………………Penampang kompak!

Web Tak ada syarat. Kondisi kedua tumpuan adalah sendi – sendi (k = 1.0) Dicoba menggunakan 5 buah pelat kopel: L1 = 3000 / (5-1)

= 750

λ1 = 750 / (19,5)

= 38,46 < 100………………………………….OK!

Tinjauan pada arah Sumbu Bahan (sumbu X): rx

= √Ix / A

= √175/38

λx

= (k.Lx) / rx = (3000) / 21,46

λx

= 140

>

1.2 λ1

= 21,46 mm = 140 = 46,15……….……….OK!

Tinjauan pada arah Sumbu Bebas Bahan (sumbu Y): λy

= 2 (Iy + Ag ((ey + tp / 2)2)) = 2 (175.104 + (3800 ((71,8 + 10 / 2)2))

Aprofil = 2 x 1900 mm2

= 784466 mm4 = 3800 mm2

ry

= √Iy /Aprofil

= √175/38

= 21,46 mm

λy

= (k.Ly) / ry

= 3000 / 21,46

= 140

Kelangsingan ideal λiy

= √λy2 + (m/2) λ12 = √(140)2 + (2/2) 38,462

λiy

= 145

>

= 145

1.2 λ1 = 58,98………………………….OK!

IV-29


Karena λiy > λix, Tekuk terjadi pada sumbu bebas bahan sehingga: λcy

= (λiy / π) x (√fy / E) = (145 / 3.14) x (0,035) = 1,18

0.25 < λcy < 1.2 ωy

= 1.43 / (1.6- 0.67 λcy) = 1.43/(1.6 – 0.67 x 1,18)

= 1,77

Nn

= Ag.fcr = 1382 x (fy / ωy) = 3800 x (240 / 1,77)

= 51,53 Ton

Tinjauan pada Tekuk Lentur Torsi: J

= 2 Σ (1/3) b.t3 = 2 (1/3.100.103 + 1/3.100.103) = 133333,33 mm4

y0

= ex – t/2

= 30 – (10/2)

r0

= {(Ix + Iy) / A} + x02 + y02

= 25 mm

= {((175 + 175)104) / 19} + 0 + (25)2

= 1848,36 mm2

H

= 1 – {(x02 + y02) / r0} = 1 – 0,34

= 0,66

fcrz

= (80000 x 17280) / (691 x 1848,36)

= 8352 MPa

fcry

= (fy / ωy) = (240 / 1,77)

= 136 MPa

fclt

= {(fcry + fcrz) / 2H} [1- √1 – {(4 fcry . fcrz . H) / (fcry + fcrz)2] = {(8488) / 1,32} [1- √1 – {(22408,32) / (84882)] = 64 MPa

Nclt

= Ag . fclt = 3800 x 64`

= 24 Ton

ϕc.Nclt = 0.85 x 24 Cek: Nu / ϕc.Nnlt

= 20 Ton

= 9,67 / 20

= 0,48

≤

1………..OK!

Dari hasil perhitungan diatas, profil ganda 2x100.100.10EA cukup OK dan aman digunakan sebagai batang tekan pada Rangka Portal Kuda-kuda. IV-30


4.5

Perancangan Struktur Rangka Portal Cladding

4.5.1

Model 3D pada Program SAP2000

Gambar 4.14 Pemodelan 3D pada Rangka Struktur Cladding.

4.5.2

Data-data Penampang

a. Profil awal yang digunakan pada Portal Cladding adalah: Arah Horisontal, Vertikal & Diagonal b. Berat sendiri Profil (qprof)

= 100.100.6EA = 14,90 kg/m

A = 19 cm2

Ix, Iy = 175 cm4

Zx, Zy = 24,4 cm3

H = 100 mm

t = 10 mm

Cx, Cy = 2,82 cm

IV-31


Gambar 4.15 Profil EA untuk Struktur Rangka Cladding.

4.5.3

Data-data Bahan

a. Modulus Elastisitas Baja (E)

= 200000 MPa


= 240 MPa

c. fr, (Tegangan Sisa)

= 115 MPa

d. G = E / 2,6

= 80000 MPa

4.5.4

Beban-beban yang bekerja

a. Beban Mati (DL) -

Berat sendiri Profil Gording C200

= 9,27 kg/m

-

Berat profil Girt C200

= 7,33 kg/m

-


= 15

kg/m

-

Asesoris Girt (MEP, Insulator dll) diambil 40%

= 10

kg/m

qDL

= 41,60 kg/m

b. Beban Hidup (La) -

Beban pekerja dianggap pada pusat bentang

IV-32

= 100 kg


4.5.5

Pembebanan model struktur Portal Cladding Kombinasi pembebanan (Combo) menggunakan kombinasi yang paling dominan yaitu 1,2 DL + 1,6 La + 0,8 WL.

a. Input Beban Mati (DL) dan Input Beban Hidup (LL)

b. Input Beban Angin (WL)

IV-33


4.5.6

Hasil reaksi (Run Analysis) pada Portal Cladding

a. Diagram bidang Normal

b. Diagram Defleksi

IV-34


4.5.7

Cek rasio desain pada Struktur Rangka Cladding

Gambar 4.16 Model portal Cladding yang telah di Run Analysis.

Setelah model struktur di Run Analysis, maka elemen struktur yang dipakai harus disyaratkan dengan Rasio (< 1) agar struktur masih dapat memberikan kinerja layan batas kekuatan dan keamanan. Terlihat pada gambar 4.16, bahwa elemen-elemen profil yang dipakai menunjukan range nilai rasio 0,55 < 1. Jadi, profil 2x100.100.10EA aman digunakan, OK!. IV-35


4.5.8

Analisa Gaya Batang

Tabel 4.2 Gaya Batang Rangka Portal Cladding. Pembebanan Max

1

Panjang (m) 7.062

2

Batang

Keterangan

COMBO-1

Aksial (Kg) -16.29

1.826

COMBO-1

327.71

Tarik

3

1.304

COMBO-1

242.36

Tarik

4

2.034

COMBO-1

254.43

Tarik

5

2.017

COMBO-1

-310.67

Tekan

6

2.003

COMBO-1

-282.33

Tekan

7

1.910

COMBO-1

-825.61

Tekan

8

2.289

COMBO-1

-1780.32

Tekan

9

5.249

COMBO-1

16.29

Tarik

10

1.700

COMBO-1

-1455.61

Tekan

11

1.974

COMBO-1

-1000.31

12

2.344

COMBO-1

-1742.50

Tekan Tekan

13

2.608

COMBO-1

-1596.62

Tekan

14

2.496

COMBO-1

-1451.60

Tekan

15

1.728

COMBO-1

-1447.57

Tekan

16

2.458

COMBO-1

-754.36

Tekan

17

3.199

COMBO-1

-851.54

Tekan

18

3.287

COMBO-1

-887.98

Tekan

19

3.081

COMBO-1

-819.03

Tekan

20

2.350

COMBO-1

-740.19

Tekan

21

2.467

COMBO-1

-526.65

Tekan

Tekan

COMBO-1 (Maksimum)

= Kombinasi pembebanan 1,2 DL + 1,6 La + 0,8 WL.

Gaya Tekan Maksimum

= 1780,32 Kg = 1,78 Ton

Gaya Tarik Maksimum

= 327,00 Kg = 0,33 Ton

IV-36


4.5.9

Desain Rangka Batang

a. Perancangan Batang Tarik


Tu

= 327,00 Kg

= 0,33 Ton

L

= 1,826 m

= 1850 mm

Profil yang dipakai 100.100.10EA. Ag = 19 cm2

fy = 2400 kg/cm2

fu = 3700 kg/cm2


= ϕAg.fy = 0.9 x (1920) x 240

= 42 Ton

Tinjauan pada Kondisi Fraktur: = 2000 – 180

= 1820 mm2

0.85Ag= 0.85 x 1820

= 1547 mm2

U

= 1 – (x/L) = 1 - (28,2/75)

= 0.62

Ae

= U.An = 0.62 x 1820

= 1128,4 mm2

ϕTn

= ϕAe .fu = 0.75 (1128,4) (370)

= 31 Ton

An

IV-37



= 0.6 (370) (2750)

= 61 Ton

fu Ant

= (370) (1000)

= 37 Ton

Karena fu Ant < 0.6 fu Anv, sehingga persamaan menjadi: 0.6 fu Anv + fy Agt

= 61+ 240(1000)

= 24 Ton

ϕTn

= 0.75 x (85)

= 18 Ton

Sesuai perhitungan diatas, profil 2x100.100.10EA memiliki Tahanan rencana sebesar 18 Ton.



Nu

= 1780,32 Kg = 1,78 Ton

L

= 2,289 m

= 2300 mm

Profil awal yang dipakai 100.100.10EA. Ag = 19 cm2

fy = 2400 kg/cm2

Ix = Iy = 175 cm4

Cx = Cy = 28,2 mm

IV-38

fu = 3700 kg/cm2



Flange b/t = 10

-

≤

200 / √fy = 12,91………………Penampang kompak!

Web Tak ada syarat. Kondisi kedua tumpuan adalah sendi – sendi (k = 1.0) Dicoba menggunakan 4 buah pelat kopel: L1 = 2300 / (4-1)

= 767

λ1 = 767 / (28,2)

= 27,20 < 50………………………………….OK!

Tinjauan pada arah Sumbu Bahan (sumbu X): rx

= √Ix / A

= √175/38

λx

= (k.Lx) / rx = (2300) / 21,46

λx

= 107

>

1.2 λ1

= 21,46 mm = 107 = 32,64……….……….OK!


= 2 (Iy + Ag ((ey + tp / 2)2)) = 2 (175.104 + (3800 ((71,8 + 10 / 2)2))

Aprofil = 2 x 1900 mm2

= 784466 mm4 = 3800 mm2

ry

= √Iy /Aprofil

= √175/38

= 21,46 mm

λy

= (k.Ly) / ry

= 2300 / 21,46

= 107


= √λy2 + (m/2) λ12 = √(107)2 + (2/2) 27,202

λiy

= 110

>

= 110

1.2 λ1 = 58,98………………………….OK!

IV-39



= (λiy / π) x (√fy / E) = (110 / 3.14) x (0,035)

= 1,23

0.25 < λcy < 1.2 ωy

= 1.43 / (1.6- 0.67 λcy) = 1.43/(1.6 – 0.67 x 1,23)

= 1,84

Nn

= Ag.fcr = 1382 x (fy / ωy) = 3800 x (240 / 1,84)

= 49,57 Ton


= 2 Σ (1/3) b.t3 = 2 (1/3.100.103 + 1/3.100.103) = 133333,33 mm4

y0

= ex – t/2

= 71,8 – (10/2)

r0

= {(Ix + Iy) / A} + x02 + y02

= 67 mm

= {((175 + 175)104) / 1900} + 0 + (67)2

= 6331,11 mm2

H

= 1 – {(x02 + y02) / r0} = 1 – 0,71

= 0,29

fcrz

= (80000 x 133333,33) / (3800 x 6331,11) = 443 MPa

fcry

= (fy / ωy) = (240 / 1,84)

fclt

= {(fcry + fcrz) / 2H} [1- √1 – {(4 fcry . fcrz . H) / (fcry + fcrz)2]

= 130 MPa

= {(8488) / 0,58} [1- √1 – {(22408,32) / (84882)] = 64 MPa Nclt

= Ag . fclt = 3800 x 64`

= 24 Ton

ϕc.Nclt = 0.85 x 24 Cek: Nu / ϕc.Nnlt

= 20 Ton

= 1,78 / 20

= 0,48

≤

1………..OK!

Dari hasil perhitungan diatas, profil ganda 2x100.100.10EA cukup OK dan aman digunakan sebagai batang tekan pada Rangka Portal Kuda-kuda. IV-40


4.6

Perancangan Struktur Rangka Batang Truss

4.6.1. Pemodelan pada Program SAP2000

Gambar 4.19 Pemodelan 3D pada Struktur Rangka Batang Truss.

4.6.2. Data-data Penampang a. Profil awal yang digunakan pada Struktur Rangka Batang Ruang adalah: -

Arah Horisontal & Diagonal

= 60.60.6EA

-

Arah Vertikal

= 50.50.5EA

IV-41


b. Berat sendiri Profil (qprof) 60.60.6EA

= 5,40 kg/m

A = 6,91 cm2

Ix, Iy = 22,79 cm4

Zx, Zy = 5,28 cm3

H = 60 mm

t = 6 mm

Cx, Cy = 1,70 cm

c. Berat sendiri Profil (qprof) 50.50.5EA

= 3,77 kg/m

A = 4,80 cm2

Ix, Iy = 11,10 cm4

Zx, Zy = 3,08 cm3

H = 50 mm

t = 5 mm

Cx, Cy = 1,41 cm

Gambar 4.20 Profil EA untuk Struktur Rangka Batang Truss.


= 200000 MPa


= 240 MPa

c. G = E / 2,6

= 80000 MPa

4.6.4. Beban-beban yang Bekerja a. Beban Mati (DL) -

Berat sendiri Profil 60.60.6EA

= 5,40 kg/m

-

Berat sendiri Profil 50.50.5EA

= 3,77 kg/m

-

Berat profil Girt C200

= 7,33 kg/m

-


= 15

qDL IV-42

kg/m

= 31,50 kg/m


b. Beban Sementara (LL) -

Berat Pekerja dan Berat Peralatan

= 100

kg/m

4.6.5. Pembebanan model Struktur Rangka Truss Kombinasi pembebanan (Combo) menggunakan kombinasi yang paling dominan yaitu 1,2 DL + 1,6 La a. Input Beban Mati (DL)

b. Input Beban Hidup (LL)

IV-43


4.6.6. Hasil reaksi (Run Analysis) pada Struktur Rangka Truss a. Diagram bidang Normal

b. Diagram Defleksi

IV-44


4.6.7. Cek rasio desain Struktur Rangka Truss

Gambar 4.21 Model Struktur Batang Truss yang telah di Run Analysis.

Elemen struktur yang dipakai harus disyaratkan dengan Rasio (< 1) agar struktur masih dapat memberikan kinerja layan batas kekuatan dan keamanan. Terlihat pada gambar 4.21, bahwa elemen-elemen profil yang dipakai menunjukan range nilai rasio rata-rata 0,675 < 1. Jadi, profil 60.60.6EA dan 50.50.5EA masih aman dan OK! digunakan pada struktur rangka batang truss tersebut. IV-45


4.6.8. Analisa Gaya Batang Tabel 4.3 Gaya Batang Struktur Rangka Truss. Pembebanan Max

275

Panjang (m) 2

276

Geser (Kg) -27.93

Momen (Kg/m) 3.22

Keterangan

COMBO-1

Aksial (Kg) 23.85

2

COMBO-1

852.72

-26.4

3.22

Tarik

277

2

COMBO-1

855.18

26.16

3.22

Tarik

278

2

COMBO-1

-506.17

-27.07

10.99

Tekan

279

2

COMBO-1

186.20

-26.13

10.99

280

2

COMBO-1

320.50

27.19

10.99

Tarik Tarik

281

2

COMBO-1

-61.73

-87.94

-43.97

Tekan

282

1.122

COMBO-1

-269.45

-10.17

-2.76

Tekan

283

2

COMBO-1

-108.80

-25.60

-12.80

Tekan

284

1.122

COMBO-1

-346.98

-1.98

2.65

Tekan

285

2

COMBO-1

33.37

87.94

-43.97

Tarik

286

1.122

COMBO-1

74.41

10.70

-2.76

Tarik

287

2

COMBO-1

21.93

25.6

-12.8

Tarik

288

1.122

COMBO-1

75.44

2.46

2.65

Tarik

289

2.828

COMBO-1

-38.73

45.86

-5.10

Tekan

290

2.828

COMBO-1

-173.52

56.82

-5.10

Tekan

291

2.828

COMBO-1

161.18

43.56

-5.10

Tarik

292

2.828

COMBO-1

173.54

3.53

-5.10

Tarik

298

2.293

COMBO-1

-813.55

25.20

13.87

Tekan

299

2.293

COMBO-1

-40.17

-21.87

12.03

Tekan

300

2.293

COMBO-1

752.76

25.20

13.87

Tarik

Batang

COMBO-1 (Maksimum)

= Kombinasi pembebanan 1,2 DL + 1,6 La.

Gaya Tekan Maksimum

= 813,55 Kg = 0,81 Ton

Gaya Tarik Maksimum

= 855,18 Kg = 0,86 Ton

IV-46

Tarik


4.6.9. Desain Gaya Batang a. Perancangan Batang Tarik


Tu

= 855,18 Kg = 0,86 Ton

L

=2m

= 2000 mm

Profil yang dipakai 50.50.5EA. Diameter baut 12 mm. Ag = 3,77 cm2

fy = 2400 kg/cm2

fu = 3700 kg/cm2


= ϕAg.fy = (0.9 x 377) x 240 = 8 Ton

Tinjauan pada Kondisi Fraktur: An

= 307 mm2

= 377 – 5 (12 + 2)

0.85Ag= 0.85 x 307

= 261 mm2

U

= 1 – (x/L) = 1 - (14,1/25)

= 0.44

Ae

= U.An = 0.44 x 261

= 115 mm2

ϕTn

= ϕAe .fu = 0.75 (115)(370)

= 3 Ton

IV-47



= 0.6 (370) (50 – 1.5(12+2) (5)

= 1,10 Ton

fu Ant

= (370) (25 – 0.5(12+2) (5)

= 0,92 Ton

Karena fu Ant < 0.6 fu Anv, sehingga persamaan menjadi: 0.6 fu Anv + fy Agt = 1,10 + 240 (50 x 5)

= 6 Ton

ϕTn

= 4,5 Ton

= 0.75 (6)

Sesuai perhitungan diatas, profil 50.50.5EA memiliki tahanan rencana sebesar 4,5 Ton. Keruntuhan geser blok terjadi karena jarak baut terlalu kecil.



Nu

= 813,55 Kg = 0,81 Ton

L

= 2,293 m

= 2300 mm

Profil awal yang dipakai 60.60.6EA. Ag = 6,91 cm2

fy = 2400 kg/cm2

Ix = Iy = 22,79 cm4

Cx = Cy = 17 mm IV-48

fu = 3700 kg/cm2



Flange b/t = 10

-

≤

200 / √fy = 12,91…………Penampang tak kompak!

Web Tak ada syarat. Kondisi kedua tumpuan adalah sendi – sendi (k = 1.0) Tinjauan pada arah Sumbu Bahan (sumbu X): rx

= √Ix / A = √22,79/6,91

= 32,98 mm

λx

= (k.Lx) / rx = (2300) / 32,98

= 69,74

λx

= 69,74

>

1.2 λ1

= 58,98……….……….OK!


= 2 (λy + Ag ((ey + tp / 2)2)) = 2 (22,79.104 + (691 ((20 + 10 / 2)2))

= 766750 mm4

Aprofil = 691 mm2 ry

= √λy /Aprofil

= √766750 / 691

= 33,31 mm

λy

= (k.Ly) / ry

= 2300 / 33,31

= 69,05


= √λy2 + (m/2) λ12 = √(69,05)2 + (2/2) 49,152

= 109,34


= (λiy / π) x (√fy / E) = (109,34 / 3.14) x (0,035)

= 1,22

0.25 < λcy < 1.2 ωy

= 1.43 / (1.6- 0.67 λcy) = 1.43/(1.6 – 0.67 x 1,22)

= 1,83

Nn

= Ag.fcr = 1382 x (fy / ωy) = 691 x (240 / 1,83)

= 9,06 Ton

IV-49



= 2 Σ (1/3) b.t3 = 2 (1/3.60.63 + 1/3.60.63)

= 17280 mm4

y0

= ex – t/2

= 27 mm

r0

= {(Ix + Iy) / A} + x02 + y02

= 30 – (6/2)

= {((22,79 + 22,79)104) / 691} + 0 + (27)2 = 1388,62 mm2 H

= 1 – {(x02 + y02) / r0} = 1 – 0,53

= 0,47

fcrz

= (80000 x 17280) / (691 x 1388,62)

= 1441 MPa

fcry

= (fy / ωy) = (240 / 1,83)

= 131 MPa

fclt

= {(fcry + fcrz) / 2H} [1- √1 – {(4 fcry . fcrz . H) / (fcry + fcrz)2] = {(131572) / 0,94} [1- √1 – {(354889,48) / (1,73 x 1010)] = 28 MPa

Nclt

= Ag . fclt

= 691 x 28

= 2 Ton

ϕc.Nclt = 0.85 x 2 Cek: Nu / ϕc.Nnlt = 0,81 / 1,7

= 1,7 Ton = 0,45

≤

1……….….……..OK!

Dari hasil perhitungan diatas, profil ganda 60.60.6EA cukup OK dan aman digunakan sebagai batang tekan pada Struktur Rangka Batang Truss.

IV-50


4.7

Perancangan Struktur Pengekang (Fly Brace)

4.7.1. Aplikasi Batang Pengekang pada Struktur Rangka Portal

Gambar 4.24 Pemodelan Struktur Pengekang di SAP2000.

Untuk mereduksi gaya geser secara spontan pada struktur portal kuda-kuda maka dibutuhkan struktur pengekang yang cukup. Struktur pengekang dipasang pada ujung-ujung portal dengan kombinasi sambungan tipe Baut dan Las.

IV-51


4.7.2. Data-data Penampang Profil Berat sendiri Profil (qprof) 90.90.10EA

= 13,30 kg/m

A = 17 cm2

Ix, Iy = 125 cm4

Zx, Zy = 19,50 cm3

H = 90 mm

t = 10 mm

Cx, Cy = 2,57 cm

4.7.3. Metode penyambungan Bracing Penyambungan antar profil Bracing menggunakan Sambungan Las. Untuk Lb ≥ 6m maka dilakukan penyambungan pada tengah bentang menggunakan Pelat Buhul tebal t = 10mm.

Gambar 4.25 Ujung-ujung Profil menggunakan sistem Sambungan LAS.

Pelat Buhul, t= 10mm

Gambar 4.26 Pemasangan Bracing metode Back to Back.

Karena pada ujung profil siku juga terdapat sambungan Las maka nilai U hendaknya dihitung berdasarkan persamaan U = 1 – x / L ≤ 0.9, dimana nilai x sebesar 15mm dihitung dari sisi tepi profil ke titik centroid penampang. IV-52


4.7.4. Analisa Gaya Batang Tabel 4.4 Gaya Batang Pengekang (Flybrace). Pembebanan Max

227

Panjang (m) 6.74

228

Batang

Keterangan

COMBO-1

Aksial (Kg) 175.80

6.74

COMBO-1

194.61

Tarik

230

6.74

COMBO-1

132.43

Tarik

231

6.74

COMBO-1

124.28

Tarik

232

8.31

COMBO-1

80.07

Tarik

233

8.31

COMBO-1

82.71

Tarik

235

8.31

COMBO-1

77.14

Tarik

236

8.31

COMBO-1

73.50

Tarik

Tarik

COMBO-1 (Maksimum)

= Kombinasi pembebanan 1,2 DL.

Gaya Tarik Maksimum

= 194,61 Kg = 0,195 Ton

4.7.5. Perancangan Batang Pengekang Tu

= 194,61 Kg = 0,195 Ton

L

= 6,74 m

= 6750 mm


= ϕAg.fy = 0.9 x (1700) x 240

= 37 Ton

Tinjauan pada Kondisi Fraktur: U = 1 – x / L ≤ 0.9 = 1 – (15/75)

= 0.80 < 0.90……………………OK!

Ae = U.An = 0.80 x (1700-900)

= 800 mm2

ϕTn

= ϕAe .fu = 0.75 (800) (370)

= 22 Ton

Jadi, Tahanan Tarik rencana Profil 90.90.10EA tersebut sebesar 22 Ton. IV-53


4.8

Perancangan Struktur Kolom dan Dudukan (Base Plate)

4.8.1

Perancangan Kolom Struktur

Gambar 4.27 Detail perancangan struktur kolom WF.

Lihat pada Tabel 4.1, Analisa gaya batang pada struktur portal kuda-kuda, terlihat bahwa Gaya tekan terbesar pada Struktur Kolom (Batang 109) sebesar: Nu

= 6153,49 Kg = 6,15 Ton

L

= 5,062 m

= 5100 mm

Profil awal yang dipakai WF200.150.6.9 dengan data-data sebagai berikut: Ag = 38,80 cm2

fy = 2400 kg/cm2

fu = 3700 kg/cm2

tw = 6 mm

tf = 9 mm

Ix = 2675 cm4

Iy = 507 cm4

ix = 83 mm

iy = 36 mm


Flange (b/2) / tf = 8,33

-

≤

170 / √fy = 10,97………Penampang kompak!

≤

1680 / √fy = 108,44…....Penampang kompak!

Web (h/tw) = 33,33

IV-54


Kondisi kedua tumpuan adalah Jepit – Sendi (k = 0.8) Tinjauan pada arah Sumbu Bahan (sumbu X): rx

= √Ix / A = √2675 / 38,8

= 83,03 mm

λx

= (k.Lx) / rx = (160) / 83,03

= 2,41

Tinjauan pada arah Sumbu Bebas Bahan (sumbu Y): ry

= √Iy / A = √507 / 38,8

= 36,15 mm

λy

= (k.Ly) / ry = (4080) / 36,15

= 113

λy ≥ λx (Batang menekuk ke arah sumbu lemah) λcy

= (λy / π) (fy /E) = (113 / 3,14) x √(240 / 200000) = 1,26

λcy > 1.2, maka nilai ωy = 1,25 / (λcy2). ωy

= 1,25 / (1,262) = 0,79

Nn

= Ag.fcr = 3880 x (fy / ωy) = 3880 x (240 / 0,79) = 118 Ton

ϕc.Nn = 0.85 x 118 Cek: Nu / ϕc.Nn = 6,15 / 100

= 100 Ton = 0,06

≤

1……….….……..OK!

Dari hasil perhitungan diatas, profil Kolom WF200.150.6.9 cukup OK dan aman digunakan sebagai batang tekan pada Struktur Kolom.

IV-55


4.8.2

Perancangan Pelat Landasan (Base Plate)

Gambar 4.28 Model struktur perancangan Pelat Landasan.

Lihat pada Tabel 4.1, Analisa gaya batang pada struktur portal kuda-kuda, terlihat bahwa Gaya tekan Aksial terbesar dan Momen ultimate pada Struktur Kolom (Batang 109) sebesar: Pu

= 6153,49 Kg = 6,15 Ton

Pelat Landasan dirancang untuk menahan struktur kolom WF200.150.6.9 menggunakan metode optimasi Efektif Area. Kapasitas kuat tekan Beton

= 0.6 fcu

Dimana, Nilai fcu sebesar 25 MPa

= 0.6 x 25 MPa = 18 MPa

Luas area yang diperlukan (mm2)

= 703,59 x 103/ (18) = 39088,33 mm2

IV-56


Gambar 4.29 Luas area Tekan pelat Landasan.

Asumsi awal dimensi Pelat Landasan adalah 300 x 250. Dari gambar 4.29, didapat persamaan Hubungan antara daerah kapasitas kuat tekan beton dengan luas area Pelat, yaitu: 4c2 + (Perimeter kolom) x c + Luas Area kolom v 4c2 + (150+150+75+75) x (50) x c+ 39088,33 v 4c2 + 22500c + 39088,33 = 0 v c = [- 22500 ± √22500² + 517712] / 8 = 20,6

Maka perhitungan Tebal Base Plate menjadi: v tp = c [3W / Pyp]0.5 tp = 20,6 [3 x (25) / 240]0.5 tp = 20,6 [0,3125]0.5 tp = 11,51 = 12 mm

Dari perhitungan diatas, bahwa dimensi base plate yang dibutuhkan adalah 300 x 250 x 12mm, dimana Bp = 250 mm dan Dp = 300 mm serta tp = 12 mm. IV-57


4.8.3

Perancangan Baut Angkur (Anchor Bolt)

Gambar 4.30 Desain struktur Baut Angkur.

Lihat pada Tabel 4.1, Analisa gaya batang pada struktur portal kuda-kuda, terlihat bahwa Gaya tekan Aksial terbesar pada Struktur Kolom (Batang 109 dan Batang 110) sebesar: Pu Material Grade 4.6/S, (fy)

= 6153,49 Kg = 6,15 Ton = 2400 Kg/cm²

Asumsi awal dicoba menggunakan Angkur dia.22mm: As

= 0.25 x (22/7) x 2,2² = 3,80 cm²

Tegangan Sisa

= 0.9 x 2400

= 2160 Kg/cm²

Tegangan Geser

= 0.15 x 2160

= 324 Kg/cm²

Kapasitas Geser

= As x Tegangan Geser = 3,80 x 324

Nangkur

= 1231,20 Kg

= Pu / Kapasitas Geser = 4,99

= 4 baut

Jadi, jumlah Baut Angkur yang diperlukan minimal 4-M22 dengan panjang angkur, Ltotal = 500 + 100 = 600 mm. IV-58


4.8.4

Perancangan Pelat Pengaku (Stiffener Plate)

Gambar 4.31 Desain struktur Pelat Pengaku.

Pada kolom WF dengan panjang kurang lebih 5m akan dipasang Pelat Pengaku setebal 6mm di dua sisi dalam Web dan Flanges sehingga gaya pada Kolom dibagi menjadi 4 bagian setiap 1.25m, maka gaya yang ditahan per Pelat Pengaku adalah: Pu

= 103,56 / 4 = 25,89 Kg

a. Periksa Luas penampang Pelat Pengaku Ag

= 2 x {(6 x (150-14)} = 1632 mm2

b. Tinjauan pada Kondisi Leleh: ϕTn

= ϕAg.fy = 0.9 x (816) x 240

= 35,25 Kg

c. Tinjauan pada Kondisi Fraktur: ϕTn

= ϕAg .fu = 0.75 x (816) x 370

= 45,29 Kg

d. Periksa kekuatan Pelat Pengaku Cek = 25,89 / 35,25 =

0.73

<

1…………………………OK!

Jadi, Pelat t = 6mm aman dipasang sebagai Pelat Pengaku Kolom Struktur.

IV-59


4.9

Perancangan Sambungan Antar Profil Baja

4.9.1

Perancangan Sambungan Baut

v Sambungan Baut antara profil Cladding ke Kolom WF.

Gambar 4.32 Desain sambungan Kolom dengan Profil Cladding.

Baut dirancang menggunakan tipe A-325 dengan asumsi awal diameter Baut 12mm (Proof stress 585 MPa, Kuat tarik min. 825 MPa). Sambungan baut diasumsikan sebagai sambungan tipe Tumpu dan tipe Friksi. Dicoba jumlah Baut terpasang 3 buah dalam 1 baris. Untuk mengurangi gaya Geser yang berlebih, maka Baut dihubungkan ke Profil siku tunggal yang dilas ke Flange Kolom.

Pu

= 1646,50 Kg

= 1,645 Ton

Tu

= Pux = 0.8 x 1646,5 = 1317,2 Kg = 1,317 Ton

Vu

= Puy = 0.6 x 1646,5 = 987,9 Kg = 0,988 Ton

IV-60


a. Sambungan tipe Tumpu. •

= 0,988 / {(3 x (0.25 x 3.14 x 122)}

Geser, fuv = Vu / (n. Ab)

= 16,39 MPa 0.5ϕfub.m

= 0.5 x 0.75 x 585 x 1 = 219,34 MPa

Cek: fuv •

≤

0.5ϕfub.m……………………………………….OK!

Tarik, ft = 807 – 1.5 fuv

= 807 – (1.5 x 16,39) = 782,42 MPa

ϕRn = ϕft.Ab

= 0.75 x 782,42 x (0.25 x 3.14 x 122) = 6,63 Ton Tu / n = 1,317 / 3 = 0,44 Ton

Cek: Tu / n

≤

ϕRn …………………………………….OK!

b. Sambungan tipe Friksi. Vn = 1.13 x µ x Proof load x m = 1.13 x 0.35 x 1 x Proof load Dimana, Proof load = (0.25 x 3.14 x 122) x 0.75 x 585 ϕVn

= 1 x 0,3955 x 4,96

= 4,96 Ton

= 1,96 Ton

Vu / n = 0,988 / 3 ϕVn

= 0,3955

= 0,33Ton

= 1,96 x {1 – (1,317/3) / (1.13 x 4,96)} = 1,80 Ton

Cek: Vu / n

≤

ϕVn …………………………………….OK!

Jadi, untuk Sambungan Profil Cladding ke Kolom utama WF aman menggunakan Baut 3-M12 dengan jarak antar baut minimum 2.5d = 35mm.

IV-61


v Sambungan Baut antara profil Kolom dengan Kolom.

Gambar 4.33 Desain sambungan Baut antara Kolom dengan Kolom.

Baut dirancang menggunakan tipe A-325 dengan asumsi awal diameter Baut 12mm (Proof stress 585 MPa, Kuat tarik min. 825 MPa). Sambungan baut diasumsikan sebagai sambungan tipe Tumpu dan tipe Friksi. Baut dipasang pada sisi Geser dan Tumpu dengan konfigurasi jumlah total 8 baut pada sisi Flange dan Web.

Pu

= 807,15 Kg

Tu

= Pux = 0.8 x 807,15 = 645,72 Kg = 0,646 Ton

Vu

= Puy = 1.6 x 807,15 = 1291,44 Kg = 1,291 Ton

IV-62


c. Sambungan tipe Tumpu. •

= 1,291 / {(8 x (0.25 x 3.14 x 122)}

Geser, fuv = Vu / (n. Ab)

= 14,28 MPa 0.5ϕfub.m

= 0.5 x 0.75 x 585 x 1 = 219,34 MPa

Cek: fuv •

≤

0.5ϕfub.m……………………………………….OK!

Tarik, ft = 807 – 1.5 fuv

= 807 – (1.5 x 14,28) = 785,58 MPa

ϕRn = ϕft.Ab

= 0.75 x 785,58 x (0.25 x 3.14 x 122) = 6,63 Ton Tu / n = 0,666 / 8 = 0,083 Ton

Cek: Tu / n

≤

ϕRn …………………………………….OK!

d. Sambungan tipe Friksi. Vn = 1.13 x µ x Proof load x m = 1.13 x 0.35 x 1 x Proof load Dimana, Proof load = (0.25 x 3.14 x 122) x 0.75 x 585 ϕVn

= 1 x 0,3955 x 4,96

= 4,96 Ton

= 1,96 Ton

Vu / n = 1,291 / 8 ϕVn

= 0,3955

= 0,16Ton

= 1,96 x {1 – (1,291/8) / (1.13 x 4,96)} = 1,90 Ton

Cek: Vu / n

≤

ϕVn …………………………………….OK!

Jadi, untuk Sambungan Profil Kolom ke Kolom utama WF aman menggunakan Baut 8-M12 dengan jarak antar baut minimum 2.5d = 35mm.

IV-63


4.9.2

Perancangan Sambungan Las

Gambar 4.34 Desain sambungan Las pada Portal Kuda-kuda.

Ø Pu

= 1646,50 Kg

= 1,645 Ton

Ø Ukuran minimum Las Sudut (a) 4 mm untuk Tebal Pelat Buhul, 7 < t ≤ 10. Ø te = 0.707.a Pada perancangan ini, Ukuran Pelat buhul t = 8mm sedangkan Ukuran minimum Las diambil 4mm dan Ukuran maksimum Las diambil 8.4mm. Perhitungan Tahanan Rencana profil siku diambil harga terkecil dari: ϕTn = 0.9 fy.Ag = 0.9 x 240 x 691

= 14,93 Ton

ϕTn = 0.9 fu.Ae = 0.9 x 370 x (0.85 x 691)

= 19,56 Ton

Sambungan akan didesain terhadap Tahanan Rencana terkecil, ϕTn = 14,93 Ton. Asumsi awal pakai Ukuran las sudut 4mm! ϕRnw

= ϕte.0.6.fuw = 0.75 x 2.828 x 0.6 x 490

= 623,57 N/mm

Max ϕRnw

= ϕte.0.6.fuw = 0.75 x 8 x 0.6 x 370

= 1332 N/mm

IV-64


Menentukan Ukuran Las! F2 = ϕRnw.Lw2

= 623,57 x 60 = 3,74 Ton

F1 = (T.e/d) – F2 / 2) = {14,93 x 25 / (60)} – (3,74/2) = 4,35 Ton F3 = (T – F1)

= (14,93 – 4,35) = 10,58 Ton

Lw1 = F1 / ϕRnw

= (3,11 x 104) / 623,57 = 49,87 ≈ 50mm

Lw3 = F3 / ϕRnw

= (10,58 x 104) / 623,57 = 169,67 ≈ 170mm

Cek: Pu

≤

ϕTn ……………………….…………………….OK!

Jadi, dengan sambungan Las tebal minimum 4mm pada Profil 60.60.6EA cukup aman untuk memikul beban sebesar Pu = 1,645 Ton.

Gambar 4.35 Metode penyambungan Las antar Profil Siku Ganda.

IV-65


4.9.3

Perancangan Sambungan Bola Nodal

Gambar 4.36 Model standar Struktur sambungan Bola Nodal.

a. Data-data Material: Baja bola Nodal menggunakan spesifikasi JIS G4051/AISI-1045 dengan Tegangan leleh fy 380 MPa. Diameter bola direncanakan pada desain awal sebesar, D = 100mm dengan lubang Baut untuk d1= 12mm dan d2 = 10mm

b. Desain Sambungan Bola Nodal. Ø Tu

= (1.2) x 194,61 Kg

= 233,53 Kg

Ø Pu

= (1.6) x 194,61 Kg

= 311,38 Kg

Sudut terkecil diantara lubang baut Abola

•

= πd2 = (22/7) x 1002

= 45˚ = 31428,57 mm2

100 ≥ √ {(10 / Sin 45) + 12.Cot 45 + 2 (1.1)(12)²} + (1.8)².(12)² 100 ≥ √ {(14,14) + (1064,72) + (316,8) + (466,56)} 100 ≥ √ {1862,22} = 43,15………………………………………OK!

IV-66


•

100 ≥ √ {(1.8 x 10) / Sin 45) + (1.8 x 12.Cot 45)² + (1.8² x 12²)} 100 ≥ √ {(25,46) + (1943,74) + (466,56)} 100 ≥ √ {2435,76} = 49,35………………………………………OK!

• Nc

Syarat batas Tekan: = 1.4 x {(6.6 x 20 x 12) – 2.2 x (202 x 122/100) x 1/1.5)} = 1034,88 mm2

= 1.4 x {(1584 –844,8)} Nc. fy/ Abola = 1034,88 (380 / 31428,5) Pu = 311,38 Kg • Nt

≤

1252,59 Kg ……..………...……………OK!

Syarat batas Tarik: = 1.1 x {(0.6 x 20 x 10 x 3.14) x (380)} = 157502,4 N.mm2

= 1.1 x 376,8 x (380) Ae

= 1252,59 Kg

= U. Abola = 0.85x 31428,57 = 26714,29 mm2

ϕNt / Ae = 157502,4 / 26714,29 Tu = 233,53 Kg

≤

= 442,19 Kg

442,19 Kg...……..……...……………OK!

Jadi, Bola Nodal dengan diameter 100mm aman digunakan untuk menahan Gaya Ultimate Tarik 233,53 Kg dan Gaya Ultimate Tekan 311,38 Kg.

Gambar 4.37 Penyambungan Profil Rangka Batang dengan Bola Nodal.

IV-67

BAB IV ANALISA & HASIL PERANCANGAN. Bab ini menjelaskan mengenai Perancangan dan Perhitungan struktur atas

Recommend Documents