Gordin g Nok di Pihak
B. Beban Pada Kolom
1. Menentukan Jenis Sambungan, Jumlah Daerah Sambung dan Konektornya Jenis sambungan:
11.2.2 Desain Sambungan Menerus Rafter Eksterior
11.2.2 Desain Sambungan Menerus Rafter Eksterior
Hendak direncanakan suatu sambungan puncak rafter yang dibebani beban-beban sambungan sebagai berikut:
Mux = 8.88 x 107 Nmm (+); Vux= 12133.8 N (↓); Muy = 4.06 x 106 Nmm (+); Vuy= 1603.02 N (tegak lurus gambar); Hu = 34817.24 N (tekan)
Nila Mu, Vu, dan Nu diatas diperoleh dari hasil analisa menggunakan program analisa struktur SAP2000 versi 14 pada perhitungan struktur utama (Rafter) yaitu pada puncak rafter yang dapat dilihat pada Lampiran 20
Gambar K-17 Beban Pada Sambungan Menerus Rafter Eksterior
1. Menentukan Jenis Sambungan, Jumlah Daerah Sambung dan Konektornya Jenis sambungan:
Sambungan adalah sambungan menerus rafter, menghubungkan dua profil dari satu rafter. Sambungan menggunakan media sambung: pelat-pelat badan di kedua pihak profil dan pelat-pelat sayap pada sayap profil. Rafter adalah dari profil 10‟ WF 10 x 10, dengan mutu fy = 400 MPa. Data dimensi profil ditunjukkan Tabel K-2 Pelat sambung badan dan pelat sambung sayap, masing-masing adalah pelat baja dengan tebal 10 mm, dari mutu fy = 400 MPa.
Vux
Mu-y
Nu
Mu-x
Vuy
TUGAS Struktur Baja-2 Semester Genap 2013-2014 Kelompok : III (Tiga) Halaman: dari halaman
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, KUPANG
Tabel K-2. Data Dimensi 10‟ WF 10 x 10
10’ WF 10 x 10 (72.92 kg/m’) Kekuatan material : fy = 400 Mpa B mm H mm d mm t Mm r mm A mm2 Ix mm4 Iy mm4 ix mm iy mm Sx mm3 Sy mm3 254 254 8.64 14.1 7 12.7 9290 1.14 x 108 3.87 x 107 110. 5 64.5 8.95 x 105 3.05 x 105 Jumlah daerah sambung dan deskripsi konektornya:
Sambungan memiliki dua daerah sambung:
1. Badan profil ke pelat sambung badan; konektor baut dari mutu fy = 400 MPa. 2. Sayap profil ke pelat sambung sayap ; konektor baut dari mutu fy = 400 MPa.
Konektan - konektan dan daerah sambung dari sambungan yang hendak direncanakan ditunjukkan dalam Gambar K-18
Gambar K-18 Konektan dan Daerah Sambung dari Sambungan Menerus
2. Mendesain.
2.1 Daerah Sambung-1: Ujung rafter ke pelat ujung, konektor: baut 1. Mengusulkan konfigurasi letak baut.
Usulan-1: Pada setiap ujung, konfigurasi terdiri dari dua baris baut masing-masing terdiri dari tiga baut (n = 6). Karena terdapat pelat sambung badan sebelah-menyebelah badan profil, setiap baut memiliki dua penampang (bidang geser) (m=2). Semua baut berdiameter 16 mm. Daerah sambung-1 dapat dipahami dengan mengamati Gambar K-18. Usulan konfigurasi baut untuk daerah sambung ini ditunjukkan Gambar K-19
Daerah Sambung 1 Daerah Sambung 2
diautocad
Gambar K-19. Tampak Depan Sambungan menunjukkan Konfigurasi Baut Usulan-1 pada Daerah Sambung-1
TUGAS Struktur Baja-2 Semester Genap 2013-2014 Kelompok : III (Tiga) Halaman: dari halaman
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, KUPANG
a) Jarak minimum antar pusat lubang.
Jarak antar pusat lubang yang diusulkan, Rb, adalah 70 mm. Rb > 3dBaut
Maka :
70 > 3 (16) mm 70 > 48 mm
[memenuhi SNI „2002(13.4.2)].
b) Jarak maksimum antar pusat pengencang
Jarak antar pusat pengencang yang diusulkan, Rb, adalah 70 mm. Rb < min (15tp ; 200) mm Maka : 70 < min (15(10) ; 200)mm 70 < min (150 ; 200) mm 70 < 150 mm [memenuhi SNI „2002(13.4.2)].
c) Jarak maksimum antar pusat pengencang pada baris luar pengencang dalam arah gaya. Jarak antar pusat pengencang pada baris luar pengencang dengan dalam arah gaya yang diusulkan, Rb, adalah 70 mm. Rb < min (4tp + 100 ; 200) mm Maka : 70 < min (4(10) + 100 ; 300)mm 70 < min (140 ; 300) mm 70 < 140 mm [memenuhi SNI‟2002(13.4.3)]. d) Jarak tepi minimum.
Jarak tepi minimum yang diusulkan, Rb, adalah 50 mm. Rb > 1,5db mm
Maka :
50 > 1,5 (16) mm 50 > 24 mm
[memenuhi SNI‟2002(13.4.3)].
Semua syarat dipenuhi usulan penempatan baut. Usulan konfigurasi baut dapat dipakai. 2. Menentukan karakteristik baut.
Analisa atas sambungan mengungkapkan bahwa beban sambungan Mu menyebabkan gaya tarik Td pada masing-masing baut, dan beban sambungan Nu menyebabkan gaya geser Vd pada setiap baut. Karena beban-beban sambungan bekerja serentak maka baut berkarakteristik „baut kombinasi geser tarik‟.
3. Menghitung dan menentukan beban maksimum pada baut.
Tradisi “penugasan” yang biasa dianut para sarjana struktur teknik sipil dipakai dalam perencanaan ini. Daerah sambung badan ditugaskan memikul Vux = 12133.8 N Nmm dan Muy = 4.06 x 106 Nmm, sedang daerah sambung sayap ditugaskan memikul Mux = 8.88 x 107 Nmm dan Vuy = 1603.02 N. Pembebanan pada baut di daerah sambung-1 diuraikan oleh Gambar K-20 dan Gambar K-21 Perhatikan bahwa karena Vu bekerja eksentris terhadap pusat konfigurasi baut (Gambar K-20) maka pada konfigurasi ini, bekerja pula Mv (Gambar K-21) akibat Vu yang besarnya adalah Vu.e. Pembebanan pada baut di daerah sambung-2 diuraikan oleh Gambar K-26, Gambar K-27 dan Gambar K-28. Perhatikan bahwa beban Vuy di bebankan pada sayap bagian atas dan bawah dari profil, sehingga digantikan dengan 1 buah momen torsi (Ty) yang besarnya adalah (½ Vuy).e dan satu buah beban geser (Vpy) yang besarnya sama dengan (½ Vuy), beban-beban ini bekerja seperti pada Gambar K-26. Beban torsi Ty bekerja pada masing-masing sayap profil saling berlawanan, hal ini meniadakan beban torsi Ty dan tersisa beban Vpy dan Fp yang bkerja pada masing-masing sayap profil (Gambar K-27), karena Vpy bekerja eksentris terhadap pusat konfigurasi baut (Gambar K-27) maka pada konfigurasi ini, bekerja pula Mvpy (Gambar K-28) akibat Vpy yang besarnya adalah Vu.e.
Gambar K-20. Pembebanan pada Daerah Sambung-1.
Vux
TUGAS Struktur Baja-2 Semester Genap 2013-2014 Kelompok : III (Tiga) Halaman: dari halaman
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, KUPANG
Beban-beban maksimum yang timbul pada baut akibat pemebebanan daerah sambung ini adalah VdN, VdVu dan dan VdM yang ditunjukkan Gambar K-22 dan Gambar K-23, dan diuraikan di bawah ini:
Gambar K-21. Pembebanan Daerah Sambung-1
(a) beban momen terpusat yang timbul akibat eksentrisitas Vu terhadap pusat konfigurasi baut (b) konversi Mu ke gaya kopel yang bekerja pada pelat sambung badan.
Vux
Mu-y
Nu
Mv
118.75 mmHp
Nu Muy Nu
(a)
(b)
Gambar K-22. Pembebanan Daerah Sambung-1 Menunjukkan Komponen-Komponen Beban pada Baut No. 6
Gambar K-23. Tampak Depan Daerah Sambung-1 Menunjukkan Beban Geser Maksimum pada Baut no. 6
(a) VdN, gaya geser baut akibat beban aksial akibat konversi Muy = 4.06 x 106 Nmm. Besarnya kopel gay akibat Muy,
Vux
Nu
Mv
112.50 mm VdM v6 Vd vux Vd Nu VdM h6Vux
Nu
Mv
112.50 mm
VdM v6
Vd vux
Vd Nu
VdM h6
Vd
TUGAS Struktur Baja-2 Semester Genap 2013-2014 Kelompok : III (Tiga) Halaman: dari halaman
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, KUPANG
Nu = Muy/hp = 4.06 x 106 / (d + 0.5 tp + 0.5 tp) = 4.06 x 106 / (8.64 + (0.5 x 10) + (0.5 x 10)) = 4.06 x 106 / 18.64 = 217811.16 N
Nu = 217811.16 N = ►VdN = (b) V , gaya geser baut akibat beban vertikal Vu = 12133.8 N
Vu = 12133.8 N = ► VdVu =
(c) VdM, gaya geser baut akibat momen MV yang ditimbulkan gaya geser Vu = 12133.8 N. Besar Mv, dengan demikian, adalah:
Mv = Vu.e = 12133.8 x 112.5 = 1365052.5 Nmm
Tabel K-3. Gaya Geser Baut yang Ditimbulkan Mv No Baut xi (mm) yi (mm) xi 2 (mm2) yi2(mm2) VdMH (N) VdMV (N) 1 75 40 5625 1600 5687.72 4550.175 2 0 40 0 1600 5687.7188 0 3 75 40 5625 1600 5687.7188 4550.175 4 75 40 5625 1600 5687.7188 4550.175 5 0 40 0 1600 5687.7188 0 6 75 40 5625 1600 5687.7188 4550.175 Jumlah 22500 9600
Pemeriksaan atas konfigurasi baut yang ditunjukkan Gambar K-22 dan Gambar K-23
menunjukkan bahwa gaya geser maksimum Vd terjadi pada baut no. 6. Gaya geser vertikal, VdMV4, yang ditimbulkan Mv pada baut no. 6 adalah:
∑ m = 2 ► VdMV6 m= 2 ► = (0.5 x 4550.175) = 2275.088 N m = 2 ► VdMH6 m= 2 ► = (0.5 x 5687.7188) = 2843.859 N
dan gaya geser horizontal pada baut yang sama, VdMH6, yang ditimbulkan Mv adalah : Vdh = VdN + VdMH6 = + 5687.7188 = 20997.7 N
VdV = VdVu + VdMv6 = + 5687.7188 = 3286.238 N √ √ N
4. Memeriksa kecukupan kekuatan baut dan kecukupan kekuatan tumpuan baut. (a) Kekuatan Baut.
sambung ini akan diperiksa menggunakan formula rancang bagi baut dalam geser berikut ini:
Øf = 0.75
r1 = 0.5 (Baut tanpa Ulir Pada Bidang Geser) = 370 MPa
Ab = ¼ π d2
= ¼ x 3.14 x 162 = 200.96 21246.4 N ≤ 0.75 x 0.5 x 370 x 200.96
21246.4 N ≤ 27883.2 (OK) [memenuhi SNI „2002 (13.2-2)].
Baut cukup kuat terhadap beban, sebagaimana terlihat dari rasio beban terhadap kekuatan adalah
5. Memeriksa kecukupan kekuatan baut dan kekuatan tumpuan baut. Ketentuan Syarat bats untuk Kuat Tumpu adalah :
21246.4 ≤ 2,4 x 0,75 x 16 x 10 x 370 21246.4 ≤ 92067.84 N (OK)
6. Memeriksa kecukupan kekuatan pelat sambung badan.
Selain baut, harus dapat dipastikan bahwa pelat sambung badan cukup kuat memikul beban-beban Vux = 12133.8 N , Vuy = 1603.02 N dan Nu = 34817.24 N yang bekerja padanya.
Vu mengakibatkan tegangan geser τVu dan tegangan lentur σVu pada penampang pelat: (Ukuran Plat) = 180 x 10 mm.
Zx-plat badan = (1/6)(2)Tpelat badan (h2 pelat badan) =(1/6)2x 10 x 1802 = 9000 mm3
sedangkan Nu mengakibatkan tegangan tarik Nu pada penampang yang sama:
TUGAS Struktur Baja-2 Semester Genap 2013-2014 Kelompok : III (Tiga) Halaman: dari halaman
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, KUPANG
Total tegangan aksial σ total yang dipikul penampang pelat badan adalah:
Dan tidak melampaui kuat lentur pelat badan fy =440 MPa.
Total tegangan geserl τtotal yang dipikul penampang pelat badan adalah:
3.37
dan tidak melampaui kekuatan geser pelat badan 0.6fy = 240 MPa. Dengan demikian maka pelat sambung badan cukup kuat untuk memikul beban-beban sambungan yang dibebankan kepadanya. Karena memenuhi semua persamaan kekuatan dan tata letak yang disyaratkan maka usulan sambungan baut untuk daerah sambung-1 dapat dipakai.
7. Merekomendasikan konstruksi sambungan dalam suatu gambar rencana.
Kegiatan ini akan dilakukan secara tergabung dengan kegiatan yang sama untuk daerah sambung-2 pada tapah „mendokumentasikan hasil perencanaan‟.
(ii). Daerah sambung-2: Sayap profil ke pelat sambung sayap. Konektot baut. 1. Mengusulkan konfigurasi letak baut.
Usulan-1: Pada setiap ujung, konfigurasi terdiri dari dua baris baut masing-masing terdiri dari 4 baut (n = 8. Akan digunakan dua pelat sayap, pelat sayap luar dan pleat sayap dalam, masing-masing pada pada sambungan sayap atas dan sambungan sayap bawah, maka jumlah bidang geser baut adalah 2 (m = 2). Semua baut berdiameter 16 mm. Daerah sambung-2 dapat dipahami dengan mengamati Gambar K-18. Usulan konfigurasi baut untuk daerah sambung ini ditunjukkan Gambar K-24 dan Gambar K-25.
Di autocad
Gambar K-24. Potongan B-B dari Gambar K-19, Menunjukkan Usulan Konfigurasi Baut Pelat Sayap Luar
Di autocad
Gambar K-25. Potongan C-C dari Gambar K-19, Menunjukkan Usulan Konfigurasi Baut Pelat Sayap Dalam
TUGAS Struktur Baja-2 Semester Genap 2013-2014 Kelompok : III (Tiga) Halaman: dari halaman
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, KUPANG
(a) Jarak minimum antar pusat lubang
Jarak antar pusat lubang yang diusulkan, Rb, adalah 50 mm. Rb = 50 > 39 mm.
(b) Jarak maksimum antar pusat pengencang
Jarak antar pusat pengencang yang diusulkan, Rb, adalah: 100 mm. Rb < min (4tp + 100 ; 200) mm
100 < 150
memenuhi SNI‟2002(13.4.3)].
(c) Jarak maksimum antar pusat pengencang pada baris luar pengencang dalam arah gaya. Jarak antar pusat pengencang pada baris luar pengencang dengan dalam arah gaya yang diusulkan, Rb, adalah:
Rb < min (4tp + 100 ; 200) mm
100 < 140 [memenuhi SNI‟2002(13.4.3)]. (d) Jarak tepi minimum.
Jarak tepi minimum yang diusulkan, Rb, adalah Rb > 1,5 db
30 > 24 mm
[memenuhi SNI‟2002(13.4.3)].
Semua syarat dipenuhi usulan penempatan baut. Usulan konfigurasi baut dapat dipakai. 2. Menentukan karakteristik baut.
Pemeriskaan atas daerah sambungan dan orientasi Mu menyatakan bahwa baut daerah sambung ini adalah „baut dalam geser‟.
3. Menghitung dan menentukan beban maksimum pada baut.
Kepada daerah sambung ini ditugaskan memikul Mux = 8.88 x 107 Nmm dan menimbulkan kopel gaya Fp =Mu/hp pada pelat sambung sayap atas dan bawah, dengan hp adalah jarak antar pusat-pusat pelat sambung sayap (Gambar K-26). Besar gaya kopel Fp adalah:
Kepada daerah sambung ini juga ditugaskan untuk memikul Vuy = 1603.02N, beban ini di konversi menjadi sebuah momen torsi Ty yang besarnya adala (1/2 Vuy).e dan sebuah gaya geser Vpy yang besar (1/2 Vuy) (Gambar K-26), sehingga besar masing-masing gaya pada masing-masing sayap adalah
- Ty = (1/2 x 1603.02) x (hp/2) = 801.51 (239.83) = 192226.1433 Nmm
Beban yang sama bekerja pada bagian yang lain dari sayap profil yang orientasinya belawanan, sehingga beban ini saling meniadakan
- Vpy = (1/2) x 1603.02 = 801.51 N
Beban ini berkerja pada masing-masing sayap profil dengan arah yang sama.
Beban Vpy ini kemudian di konversi untuk bekerja di tengah pusat konfigurasi baut, sehingga beban Vpy ini akan di gantikan dengan satu buah momen Mvpy yang besarnya adalah Vpy.e dan satu buah gaya geser yang besarnya sama dengan Vpy. Jadi besarnya masing-masing gaya ini adalah
- Mvpy = Vpy.e = 801.51 (239.83) = 192226.1433 Nmm - Vpy = 801.51 N
Gambar K-26. Pembebanan Kopel Gaya Fp oleh Mux Dan Konversi Gaya Vuy Menjadi Momen Torsi Ty Dan Gaya Geser Vpy pada Daerah Sambung-2
Fp
Mu-x
Vuy
Ty
Fp
Ty
Hp
e eVpy
Vpy
TUGAS Struktur Baja-2 Semester Genap 2013-2014 Kelompok : III (Tiga) Halaman: dari halaman
Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, KUPANG
Gambar K-27 Beban Yang Bekerja Pada Daerah Sambung-2
Gambar K-28 Pembebanan Daerah Sambung-2 Menunjukkan Beban Momen Terpusat Yang Timbul Akibat Eksentrisitas Vpy Terhadap Pusat Konfigurasi Baut Dan Komponen-Komponen Beban pada
Baut no.8
Karena pada pusat konfigurasi baut terbebani beban Mvpy, Vpy, dan Fp, maka akan di cari baut yang memikul gaya geser paling besar, sehingga
VdFp, gaya geser baut akibat beban Fp = N ;