ANALISIS DAN DESAIN STRUKTUR
4.1 Gaya Dalam Ultimate Elemen
Pendesainan dengan menggunakan metode LRFD (load resistance factor design) memerlukan nilai gaya dalam struktur, sehingga penampang yang didesain tidak over design. Metode LFRD digunakan agar penampang yang digunakan efisien sehingga struktur akan lebih murah dan tetap kuat. Stuktur yang digunakan pada tugas besar kali ini adalah terbagi atas empat buah struktur, yaitu pengaku global (bracing), kuda- kuda, gording dan kolom. Pencarian gaya dalam harus dilakukan untuk keempat stuktur diatas sehingga profil masing – masing struktur dapat ditentukan. Gaya dalam yang ditampilkan untuk kolom, kuda-kuda dan gording yaitu normal, geser dan momen. Gaya galam yang ditampilkan untuk pengaku global yaitu normal, hal ini dikarenakan pengaku global adalah rangka batang. Berikut adalah gaya dalam maksimum yang diterima pada masing – masing struktur dengan menggunakan SAP 2000 v15 :
Tabel 4.1 Rekapitulasi Gaya Dalam Maksimum
Gaya Dalam Maksimum
Kolom Kuda – kuda Gording Brecing Balok
Nu = 57.14 Kn.m Nu = 35.90 KN.M Mu = 30,13 KN.M Nu = 0.419 KN.M Mu = 67.79 KN.M Vu = 19.88 KN Vu = 15.57 KN Vu = 11.42 KN Vu = 0.481 KN Vu = 70.59 KN PUtarik = 0 PUtarik= 23.96
KN PUtarik= 64.92 KN PUtarik= 5.39 KN PUtarik= 4.02 KN PUtekan= 24.61 KN PUtekan= 11.51
KN PUtekan= 6.19 KN PUtekan=3.22KN PUtekan=6.58KN 4.2 Pengecekan Kapasitas Penampang
Pada keempat struktur bangunan workshop ini, yaitu kolom, kuda-kuda bracing, balok dan gording, memiliki gaya dalam yang sama sehingga pengecekan harus dilakukan secara menyeluruh agar kegagalan tidak terjadi. Pengecekan yang harus dilakukan adalah pengecekan terhadap momen lentur, gaya geser, kombinasi gaya geser dan momen lentur, batang tekan dan batang tarik. Sedangkan pengaku
global (bracing) hanya dilakukan pengecekan batang tekan dan tarik, hal ini disebabkan pengaku global hanya menerima gaya axial.
Berikut merupakan contoh perhitungan kapasistas dari berbagai penampang: a. Batang Tekan
Berikut ini adalah prosedur dalam menghitung kekuatan penampang menahan gaya aksial tekan :
1. Cek syarat kelangsingan struktur
Mengecek syarat kelangsingan komponen struktur tekan dengan perumusan λ=Lk
iy <200
Dari persamaan diatas, kita dapat menghitung nilai iy minimum agar memenuhi syarat kelangsingan struktur
λ=Lk iy = Kc . L iy = 0.5.500 9.19 =27.02<200
Dari hasil perhitungan diatas, didapatkan nilai kelangsingan struktur, yaitu
λ = 27.02 Dengan nilai kelangsingan seperti diatas, kelangsingan profil memenuhi syarat. Syarat kelangsingan profil adalah kurang dari 200. Maka, penggunaan IWF 400.200.8.13 diijinkan.
2. Menghitung nilai ω
Sebelum mendapatkan nilai ω, penentuan parameter kelangsingan kolom λc terlebih dahulu harus dilakukan. Selanjutnya, nilai λc akan menentukan rumus yang akan digunakan untuk menghitung nilai ω seperti persamaan berikut
λc ≤0.25maka ω=1
0.25<λc<1.2makaω= 1.43 1.6−0.67λc
λc ≥1.2makaω=1.25 λc2 Penentuan nilai λc seperti yang disebutkan sebelumnya
λc=1 π
Lk r
√
fyEdengan k=1(struktur jepit−jepit)
λc= 77x0.5
3.14x3.08x
√
210200000=1.229
ω=λ=1,03
3. Menghitung nilai Nn
Daya dukung nominal komponen sturktur tekan dapat dihitung menggunakan perumusan sebagai berikut :
Nn=AgxFcr=AgxFy ω
Nn=12618x210
1,03=2572601,94 Sehingga didapat nilai Nn = 2572,601 KN
∅Nn=0,9x2572,601=2315,34KN
Bahaya tekuk juga perlu diperhitungkan dalam desain batang tekan, naka berikut adalah prosedur dalam menghitung kekuatan oenamoang terhadap bahaya tekuk :
1. Menentukan Xo dan Yo
Nilai Xo dan Yo tergantung dari bentuk profil baja yang digunakan. Untuk IWF nilai Xo dan Yo adalah :
Xo = 0 ; Yo = 0 2. Menentukan nilai Ix dan Iy
Nilai Ix dan Iy didapatkan dari tabel profil penampang baja Ix = 24.570 cm4
Iy = 10.661 cm4 3. Menentukan nilai A
Nilai A didapatkan dari tabel profil penampang baja A = 126.18 cm2 4. Menentukan nilai ro2
ro2 merupakan jari-jari girasi polar terhadap pusat geser yang dapat dihitung melalui perumusan berikut :
ro2=Ix+Iy A +Xo 2 +Yo2 ro2=24570+10661 126,18 +0+0 Sehingga diapatkan nilai ro2 = 279,21 cm2 = 27921 mm2 5. Menentukan nilai H
H=1−(Xo2+Yo2 ro2 ) Sehingga didapatkan H = 1-0 = 1
6. Menentukan nilai Fcry
Fcry=Fcr=fy ω Fcry=210
1,03=203,88 Sehingga didapat nilai Fcry = 203,88 MPa 7. Menentukan Nilai G (Konstanta Geser)
G= E
2(1+v)dengan vbaja=0.3 G= 200000
2(1+0,3)=76923,077 Sehingga didapatkan G = 76923,077 MPa
8. Menentukan nilai J (Inersia Torsi)
J=
∑(
biti3)
x1 3 Sehingga didapatkan nilai J = 3567 mm4 9. Menentukan nilai FcrzFcrz= G J A ro2 Fcrz=76923,077x3567
12618x27921 =77,88 Sehingga didapatkan nilai Fcrz = 77,88 MPa
10. Menentukan Nilai Fclt
Fclt=Fcry+Fcrz
2H
[
1−√
1−4.Fcry . Fcrz . H(Fcry+Fcrz)2
]
Sehingga didapatkan nilai Fclt = 159,49 MPa 11. Menentukan nilai Nnlt
Nnlt=A x Fclt Sehingga didapatkan nilai Nnlt = 2012,44 KN
Nilai terfktor = ∅Nnlt=0,9x2012,44=1811,19KN
Dari dua nilai daya dukung nominal struktur tekan yang didapatkan, daya dukung nominal struktur yang lebih kecil yang dipilih agar bangunan lebih konservatif. Nilai Nn yang kita pilih kemudian kita cek kekuatannya terhadap Nu.
Nu≤∅Nn terkecil
67,79KN ≤1811,19KN
Dari hasil perhitungan diatas dapat kita simpulkan bahwa penampang IWF 400.200.8.13 yang digunakan kuat menahan gaya ultimate batang tekan yang terjadi pada bangunan.
b. Batang Tarik
Pada batang tarik, pengecekan yang harus dilakukan adalah dua macam, yaitu pengecekan bila kegagalan leleh (yielding) dan kegagalan retak (fraktur).
Berikut ini adalah prosedur dalam menghitung kekuatan batan tarik untuk kondisi kegagalan retak (fraktur) :
1. Menentukan Nilai A
Nilai A didapat dari tabel profil
A=126.18cm2 =12618mm2 2. Menentukan Nilai Nn Nn=A x(0.75fy) Sehingga didapatkan Nn = 1987,3 KN Nn terfaktor = ∅Nn=0,9x1987,3=1788,57KN
Berikut merupakan perhitungan batang tarik dimana kegagalannya adalah leleh (yielding) :
1. Menentukan nilai An (luas nominal penampang)
Pada perhitungan An diasumsikan Alubang = 15% dari Ag (konservatif) sehingga nilai Ae dapat kita hitung seperti dibawah ini.
An=Ag−Alubang
An=12618−12618x0,15=10725,3mm2 2. Menentukan nilai Ae (luas efektif penampang)
Pada perhitungan Ae diasumsikan u = 0.9, dikarenakan u < 0.9 sehingga nilai Ae dapat kita hitung seperti dibawah ini
Ae=u(An) Ae=0,9(10725,3)=9652,77mm2 3. Menentukan nilai Nn Nn=Ae x Fu Nn=9652,77x370MPa=3571,52KN Nn terfaktor = ∅Nn=0,75x3571,52=2678,64KN
Pilih yang lebih kecil lalu nilai Nn yang dipilih kemudian kita cek kekuatannya terhadap Nu.
Nu≤∅Nn
4,02KN ≤2678,64KN
Dari hasil perhitungan diatas dapat kita simpulkan bahwa penampang IWF 400.200.8.13 yang kita gunakan kuat menahan gaya ultimate batang tarik yang terjadi pada komponen stukrut yang ditinjau.
c. Momen Lentur
Pada pengecekan momen lentur terdapat 2 pengecekan yaitu pengecekan tebal pelat dan panjang bentang. Untuk pengecekan tebal pelat adalah sebagai berikut :
1. Pengecekan profil apakah profil compact atau tidak. Penampang dikatakan compact jika
