Penampang dan Berat - ANALISA DATA - Analisa Portal dengan Menggunakan Kolom Tampang Hollow Tub

BAB IV ANALISA DATA

4.2 Pembahasan

4.2.4 Penampang dan Berat

Dalam pemilihan penampang digunakan program SAP 2000 vr. 14 untuk memudahkan dalam mendesain struktur kolom. Dari hasil analisa SAP 2000 vr.14, didapat dimensi dari masing-masing penampang kolom (Lampiran 1).

Untuk melakukan pengecekan terhadap pemilihan penampang oleh program SAP 2000 vr.14 dilakukan perhitungan secara manual untuk kolom 249, sebagai berikut:

4.2.4.1 Baja Tampang WF

A. Design kolom Data Bahan:

Tegangan tarik putus (fu) = 500 MPa Tegangan leleh baja (fy) = 290 MPa Modulus elastik baja (E) = 200000 MPa

Profil : WF 600x300x12x20 tf = 20 mm t_w = 12 mm B = 300 mm H = 588 mm Berat = 151 _⁄ Luas = 192,5 cm² I_x = 118000 cm⁴ Iy = 9020 cm⁴ rx = 24,8 cm r_y = 6,85 cm Sx = 4020 cm³ S_y = 601 cm³

Faktor reduksi kekuatan untuk lentur = 0,9 Faktor reduksi kekuatan untuk geser = 0,75 Faktor reduksi kekuatan untuk tekan = 0,85 C. Section Property  Modulus Geser (G) = = 76923,077 MPa  Ht = H-tf = 568 mm  J = 2 .

⅓

. B . t_f³ +

⅓

(H - 2 t_f) . t_w = 1915648 mm⁴

 Konstanta puntir torsi (Iw) =

= 7275000000000 mm⁶  Koefisien momen tekuk torsi lateral

(X₁) =

√

= 1316,21 MPa

 Koefisien momen tekuk torsi lateral

(X2) = 4

= 0,00024 mm²/N²

 Modulus penampang plastis thd. sb. x

(Z_x) = [ 2(B . tf) . (½Ht) ] + [ 2(H/2-tf) . tw . ( (½ (H/2-tf) ) ) ] = 4308912 mm³

 Modulus penampang plastis thd. sb. y

(Zy) = 4 (B/2 . tf) x (½ . B/2) ) + ( 2 . (tw/2 . (H-2 . tf) . (½ . tw/2))) = 919728 mm³

 Ny = A . fy = 5582500 N

D. Momen, Gaya Geser, dan Gaya Aksial akibat Beban Terfaktor  Panjang bentang kolom terhadap sumbu x (L_x = L₁) = 5000 mm  Panjang bentang balok runway terhadap sumbu y (L_y = L₂) = 0 mm

 Momen akibat beban terfaktor terhadap sumbu x = 169379000 Nmm  Momen pada 1/4 bentang (MA) = 72586300 Nmm

 Momen di tengah bentang (M_B) = 24206500 Nmm  Momen pada 3/4 bentang (MC) = 120999300 Nmm  Momen akibat beban terfaktor terhadap sumbu y (M_UY) = 0

 Gaya geser akibat beban terfaktor terhadap sumbu x (VUX) = 77434,2 N  Gaya geser akibat beban terfaktor terhadap sumbu y (VUY) = 0

 Gaya aksial akibat beban terfaktor terhadap sumbu x (N_UX) = 1017454,2 E. Momen Nominal Pengaruh Local Bucling

1. Pengaruh tekuk lokal (local buckling) pada sayap :  Kelangsingan penampang sayap

λ =

= 7,5

 Batas kelangsingan maksimum untuk penampang

λp = √

= 9,983

 Batas kelangsingan maksimum untuk penampang non-compact

λr = √

= 24,945

2. Pengaruh tekuk lokal (local buckling) pada badan  Kelangsingan penampang badan

λ = = 45,667 Syarat: ^{= 0,120} ^{< 0,125}

 Batas kelangsingan maksimum untuk penampang

λp =

(

_√

)

= 62,47 >

√ ^{= 39,05}

 Batas kelangsingan maksimum untuk penampang non compact

λr =

(

_√

)

= 127,30

 Momen plastis terhadap sumbu x Mpx = fy . Zx

= 1249584480 Nmm  Momen plastis terhadap sumbu y

Mpy = fy . Zy

 Momen batas tekuk terhadap sumbu x Mrx = Sx ( fy - fr )

= 884400000 Nmm

 Momen batas tekuk terhadap sumbu y Mry = S_y ( f_y - f_r )

= 132220000 Nmm  Momen nominal penampang untuk :

a. Penampang compact, λ ≤ λp Mn = Mp

b. Penampang non-compact, λp < λp ≤ λp Mn = Mp - (Mp - Mr) . ( l - λp) / (λr - λp) c. Penampang langsing, λ > λr

Mn = Mr

Berdasarkan nilai kelangsingan sayap, maka termasuk penampang

KOMPAK

Berdasarkan nilai kelangsingan badan, maka termasuk penampang

KOMPAK

Momen nominal penampang terhadap sumbu x dihitung sebagai berikut : Mn = Mp

= 1249584480 Nmm

Momen nominal penampang terhadap sumbu y dihitung sebagai berikut : Mn = Mp

= 132220000 Nmm

F. Momen Nominal Pengaruh Lateral Buckling

Momen nominal komponen struktur dengan pengaruh tekuk lateral, untuk :

Panjang bentang maksimum balok yang mampu, Lp = 1.76 . ry √

= 3166 mm

Tegangan leleh dikurangi tegangan sisa, fl = fy - fr

= 220 MPa

Panjang bentang minimum balok yang tahanannya ditentukan oleh momen kritis tekuk torsi lateral,

Lr = r_y . ^.√ √ = 874 Cb = = 1,92

Momen plastis terhadap sumbu x, Mpx = fy . Zx

= 1249584480 Nmm Momen plastis terhadap sumbu y, Mpy = fy . Zy

= 266721120 Nmm

Mrx = S_x . ( f_y - f_r ) = 884400000 Nmm

Momen batas tekuk terhadap sumbu y, Mry = Sy . ( fy - fr )

=132220000 Nmm Panjang bentang terhadap sumbu x, L = L1 = 5000

L > Lp dan L > Lr Termasuk kategori Bentang Panjang

Momen nominal terhadap sumbu x untuk bentang panjang dihitung sebagai berikut :

Mnx =

√

= 4359849270 Nmm Mnx > Mpx

Momen nominal terhadap sumbu x yang digunakan,

Mnx = 1249584480 Nmm

Momen nominal terhadap sumbu y untuk bentang panjang dihitung sebagai berikut:

Mny =

√

= 4359849270 Nmm Mny > Mpy

Momen nominal terhadap sumbu y yang digunakan,

G. Tahanan Momen Lentur

1. Momen nominal terhadap sumbu x :

 Berdasarkan pengaruh local buckling, Mnx = 1249584480 Nmm

 Berdasarkan pengaruh lateral buckling, Mnx = 1249584480 Nmm

 Momen nominal terhadap sumbu x (terkecil) yg menentukan, Mnx = 1249584480 Nmm

 Tahanan momen lentur terhadap sumbu x, ϕb . Mnx = 1124626032 Nmm

2. Momen nominal terhadap sumbu y :  Berdasarkan pengaruh local buckling,

Mny = 132220000 Nmm

 Berdasarkan pengaruh lateral buckling, Mny = 266721120 Nmm

 Momen nominal terhadap sumbu y (terkecil) yg menentukan, Mny = 132220000 Nmm

 Tahanan momen lentur terhadap sumbu y, ϕb . Mny = 118998000 Nmm

 Momen akibat beban terfaktor terhadap sumbu x, Mux = 169379000 Nmm

 Momen akibat beban terfaktor terhadap sumbu y,

Muy = 0 Syarat : ⁺ ≤ 1.0 0,1506 ≤ 1.0 AMAN (OK) H. Tahanan Geser

Ketebalan plat badan tanpa pengaku harus memenuhi

≤ 2.46

45,67 < 64, 60 plat badan memenuhi starat OK  Gaya geser akibat beban terfaktor terhadap sumbu x,

V_ux = 77434 N  Luas penampang badan,

A_w = t_w . ( H-2t_f) = 6576 mm²

 Tahanan gaya geser nominal thd.sb. x, V_nx = 0.60 . f_y x A_w

= 1144224 N

ϕf . V_nx = 858168 N

 Gaya geser akibat beban terfaktor terhadap sumbu y, V_uy = 0

 Luas penampang sayap, Af = 2 B . tf

= 12000

 Tahanan gaya geser nominal thd.sb. y, V_ny = 0.60 . f_y . A_f

= 2088000 N

 Tahanan gaya geser terhadap sumbu y, ϕf . V_ny = 1566000 N

^{= 0,902}

^=0,000

 Syarat yang harus dipenuhi :

⁺ ≤ 1,0 0,0902 < 1,0 AMAN (OK) I. Pembesaran Momen

kx .

^{= 20,16}

 Momen terfaktor ujung kolom terkecil,

M1 = 0

 Momen terfaktor ujung kolom terbesar,

M2 = 169379000 Nmm

 Faktor perbesaran momen,

Cm = = 0,6

 Gaya tekan menurut Euler dengan kL/r thdp sumbu lentur

N_e1 = = 93481102,96 Nmm  Perbesaran momen, δb = = 0,60 Maka, ambil δb = 1 Mux = δb . Mntu = 169379000 Nmm

J. Tahanan Aksial Tekan

= 0,88 Syarat, λc < 0,25 - 0,25 < λc < 1,2 ω = ^{= 1,42} λc > 1,2 Nu/φ . Nn = 1,42 Maka, ω = 1,42

Tegangan kritis penampang, fcr =

= 204,26 N/mm²

Daya dukung nominal aksial tekan, Nn = A . fcr

= 3932059,52 N Tahanan aksial tekan, Nu/φ . Nn = 0,304

K. Kontrol Interaksi Geser dan Lentur

Syarat yang harus dipenuhi untuk interaksi geser dan lentur :

≤ 1,375

= 0,1506

= 0,0902

= 0,2070

0,2070 < 1,375 AMAN (OK) L. Kontrol Interaksi Tekan dan Lentur

Syarat yang harus dipenuhi untuk interaksi tekan dan lentur : Bila ≥ 0,2 ≤ 1,0 = 0,438 0,438 < 1 AMAN (OK)

4.2.4.2 Baja Tampang Hollow Tube

A. Design kolom Data Bahan:

Tegangan tarik putus (fu) = 490 MPa Tegangan leleh baja (fy) = 325 MPa Modulus elastik baja (E) = 200000 MPa B. Data Profil Baja

Profil : TUBE 300X300X10 t = 20 mm B = 300 mm H = 300 mm Berat = 89,0 kg/m Luas = 113,4 cm²

Ix = 15700 cm⁴ Iy = 15700 cm⁴ rx = 11,8 cm ry = 11,8 cm Sx = 1050 cm³ Sy = 1050 cm³

Faktor reduksi kekuatan untuk lentur = 0,9 Faktor reduksi kekuatan untuk geser = 0,75 Faktor reduksi kekuatan untuk tekan = 0,85

C. Section Property  Modulus Geser (G) = = 76923,077 MPa  Ht = H-tf = 568 mm  J = Ix + Iy = 314.000.000 mm⁴

 Konstanta puntir torsi (I_w) =

= 3077000000000 mm⁶  Koefisien momen tekuk torsi lateral

(X1) =

= 49517,68 MPa

 Koefisien momen tekuk torsi lateral

(X2) = 4 .

= 0,00000 mm²/N²

 Modulus penampang plastis thd. sb. x

(Zx) = [ 2(B . tf) (½Ht) ] + [ 2(H/2-tf) . tw . ( (½ (H/2-tf) ) ) ] = 2018000 mm³

 Modulus penampang plastis thd. sb. y

(Zy) = 4 (B/2 . tf) (½ . B/2) ) + ( 2 (tw/2 . (H-2 . tf) . (½ . tw/2))) = 926000 mm³

 Ny = A . fy = 3685500 N

D. Momen, Gaya Geser, dan Gaya Aksial akibat Beban Terfaktor  Panjang bentang kolom terhadap sumbu x (L_x = L₁) = 5000 mm  Panjang bentang balok runway terhadap sumbu y (Ly = L2) = 0 mm  Momen akibat beban terfaktor terhadap sumbu x = 1700265400 Nmm  Momen pada 1/4 bentang (MA) = 84811100 Nmm

 Momen di tengah bentang (M_B) = 643300 Nmm  Momen pada 3/4 bentang (M_C) = 86097700 Nmm

 Momen akibat beban terfaktor terhadap sumbu y (M_UY) = 0

 Gaya geser akibat beban terfaktor terhadap sumbu x (VUX) = 68363,5 N  Gaya geser akibat beban terfaktor terhadap sumbu y (V_UY) = 0

 Gaya aksial akibat beban terfaktor terhadap sumbu x (NUX) = 1053820

E. Momen Nominal Pengaruh Local Bucling

1. Pengaruh tekuk lokal (local buckling) pada sayap :  Kelangsingan penampang sayap

λ =

= 7500

 Batas kelangsingan maksimum untuk penampang

λp = √

= 9,430

 Batas kelangsingan maksimum untuk penampang non-compact

λr = √

= 23,170

2. Pengaruh tekuk lokal (local buckling) pada badan  Kelangsingan penampang badan

λ =

= 13,00 Syarat:

^{= 0,318} ^{> 0,125}

 Batas kelangsingan maksimum untuk penampang

λp =

(

_√

)

= 55,81 >

√ ^{= 36,89}

 Batas kelangsingan maksimum untuk penampang non compact

λr =

(

_√

)

= 108,19

 Momen plastis terhadap sumbu x Mpx = f_y . Z_x

= 655850000 Nmm

 Momen plastis terhadap sumbu y Mpy = fy . Zy

= 300950000 Nmm

 Momen batas tekuk terhadap sumbu x Mrx = Sx . ( fy - fr )

= 267750000 Nmm

Mry = S_{y .} ( f_y - f_r ) = 267750000 Nmm  Momen nominal penampang untuk :

d. Penampang compact, λ ≤ λp Mn = Mp

e. Penampang non-compact, λp < λp ≤ λp Mn = Mp - (Mp - Mr) . ( l - λp) / (λr - λp) f. Penampang langsing, λ > λr

Mn = Mr

Berdasarkan nilai kelangsingan sayap, maka termasuk penampang

KOMPAK

Berdasarkan nilai kelangsingan badan, maka termasuk penampang

KOMPAK

Momen nominal penampang terhadap sumbu x dihitung sebagai berikut : Mn = Mp

= 655850000 Nmm

Momen nominal penampang terhadap sumbu y dihitung sebagai berikut : Mn = Mp

= 267750000 Nmm

Momen nominal komponen struktur dengan pengaruh tekuk lateral, untuk :

Panjang bentang maksimum balok yang mampu, Lp = 1.76 . ry . √

= 5152 mm

Tegangan leleh dikurangi tegangan sisa, fl = fy - fr

= 255 MPa

Panjang bentang minimum balok yang tahanannya ditentukan oleh momen kritis tekuk torsi lateral,

Lr = r_y . ^.√ √ = 32405 mm Cb = = 2,26

Momen plastis terhadap sumbu x, Mpx = fy . Zx

= 655850000 Nmm Momen plastis terhadap sumbu y, Mpy = fy . Zy

= 300950000 Nmm

Momen batas tekuk terhadap sumbu x, Mrx = S_x . ( f_y - f_r )

Momen batas tekuk terhadap sumbu y, Mry = Sy . ( fy - fr )

=267750000 Nmm Panjang bentang terhadap sumbu x, L = L1 = 5000

L < Lp dan L < Lr Termasuk kategori Bentang Pendek

Momen nominal terhadap sumbu x untuk bentang panjang dihitung sebagai berikut :

Mnx = Mpx = fy . Zx = 655850000 Nmm

Mnx = = 1488327253 Nmm

Mnx > Mpx

Momen nominal terhadap sumbu x yang digunakan,

Mnx = 655850000 Nmm

Momen nominal terhadap sumbu y untuk bentang panjang dihitung sebagai berikut:

Mny = Mpy = fy . Zy = 300950000 Nmm

Mny =

= 681122352 Nmm Mny > Mpy

Momen nominal terhadap sumbu y yang digunakan,

Mny = 300950000 Nmm

1. Momen nominal terhadap sumbu x :

 Berdasarkan pengaruh local buckling, Mnx = 655850000 Nmm

 Berdasarkan pengaruh lateral buckling, Mnx = 655850000 Nmm

 Momen nominal terhadap sumbu x (terkecil) yg menentukan, Mnx = 655850000 Nmm

 Tahanan momen lentur terhadap sumbu x, ϕb * Mnx = 590265000 Nmm

2. Momen nominal terhadap sumbu y :  Berdasarkan pengaruh local buckling,

Mny = 267750000 Nmm

 Berdasarkan pengaruh lateral buckling, Mny = 300950000 Nmm

 Momen nominal terhadap sumbu y (terkecil) yg menentukan, Mny = 267750000 Nmm

 Tahanan momen lentur terhadap sumbu y, ϕb * Mny = 240975000 Nmm

 Momen akibat beban terfaktor terhadap sumbu x, Mux = 170265400 Nmm

Muy = 0 Syarat : ⁺ ≤ 1.0 0,2885 ≤ 1.0 AMAN (OK) H. Tahanan Geser

Ketebalan plat badan tanpa pengaku harus memenuhi

≤ 2.46

13,00 < 61,03 plat badan memenuhi Syarat OK  Gaya geser akibat beban terfaktor terhadap sumbu x,

Vux = 68364 N  Luas penampang badan,

Aw = tw ( H-2tf) = 5200 mm²

 Tahanan gaya geser nominal thd.sb. x, Vnx = 0.60 . fy . Aw

= 1014000 N

 Tahanan gaya geser terhadap sumbu x, ϕf . V_nx = 760500 N

 Gaya geser akibat beban terfaktor terhadap sumbu y, Vuy = 0

 Luas penampang sayap, Af = 2 . B . tf

= 12000

 Tahanan gaya geser nominal thd.sb. y, V_ny = 0.60 . f_y . A_f

= 2340000 N

 Tahanan gaya geser terhadap sumbu y, ϕf . Vny = 1755000 N

^{= 0,0899}

^=0,000

 Syarat yang harus dipenuhi :

⁺ ≤ 1,0 0,0899 < 1,0 AMAN (OK) I. Pembesaran Momen

 Rasio kelangsingan dalam sumbu lentur x,

k_x .

^{= 42,37}

 Momen terfaktor ujung kolom terkecil,

M1 = 0

 Momen terfaktor ujung kolom terbesar,

M2 = 170265400 Nmm

Cm = = 0,6

 Gaya tekan menurut Euler dengan kL/r thdp sumbu lentur

N_e1 = = 12467139 Nmm  Perbesaran momen, δb = = 0,63 Maka, ambil δb = 1 Mux = δb . Mntu = 170265400 Nmm J. Tahanan Aksial Tekan

Rasio kelangsingan maksimum = λc = √ = 0,54 Syarat, λc < 0,25 - 0,25 < λc < 1,2 ω = ^{= 1,16} λc > 1,2 - Maka, ω = 1,16

Tegangan kritis penampang, fcr =

= 280,84 N/mm²

Daya dukung nominal aksial tekan, Nn = A . fcr

= 3184778,20 N Tahanan aksial tekan, Nu/φ . Nn = 0,389

K. Kontrol Interaksi Geser dan Lentur

Syarat yang harus dipenuhi untuk interaksi geser dan lentur :

≤ 1,375

= 0,2885

= 0,0899

= 0,3446 0,3446 < 1,375 AMAN (OK)

L. Kontrol Interaksi Tekan dan Lentur

Syarat yang harus dipenuhi untuk interaksi tekan dan lentur : Bila

≥ 0,2

= 0,646

0,646 < 1 AMAN (OK)

Dari profil masing-masing kolom terdapat profil yang terbesar dan terkecil dari baja tampang WF dan tampang Hollow Tube. Berikut merupakan tabel spesifikasi dimensi terkecil dan terbesar dari masing-masing baja:

Tabel 4.6 Dimensi Terbesar dan Terkecil Kolom baja tampang WF dan tampang Hollow Tube

Perbandingan Baja Tampang WF ^{Baja Tampang} Hollow Tube  Dimensi Terbesar WF 400x400x30x50 A = 528,6 cm² tf = 5 cm fy = 3 cm ix = 187000 cm⁴ iy = 60500 cm⁴ Tub 500x500x16 A = 238 cm² t = 1,6 cm ix = 158000 cm⁴ iy = 158000 cm⁴  Dimensi Terkecil WF 200x200x8x12 A = 63,53 cm² tf = 1,2 cm fy = 0,8 cm ix = 4720 cm⁴ iy = 1600 cm⁴ Tub 250x250x6 A = 57,63 cm² t = 0,6 cm ix = 5670 cm⁴ iy = 5670 cm⁴

Dari hasil dimensi masing-masing kolom di atas, maka dapat dihitung total berat kolom masing –masing bangunan dengan tipe baja. Berikut merupakan tabel perbandingan berat kolom:

Tabel 4.7 Perbandingan Berat Kolom Baja tampang WF dan tampang Hollow Tube

LANTAI ^{Baja Tampang WF} (Kg) Baja Tampang Hollow Tube (Kg) 1 34.900 20.930 2 38.860 20.520 3 34.900 19.700 4 32.260 18.110 5 27.500 17.430 6 25.640 16.270 7 23.890 15.030 8 20.920 13.720 9 17.200 13.270 10 16.150 12.120 11 15.520 11.220 12 15.100 10.294 13 13.390 8.563 14 9.052 7.687 15 6.245 7.115 TOTAL 331.527 211.979

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Berat Kolom baja tampang WF dan tampang Hollow Tube

Dari hasil perhitungan di atas berat kolom Baja tampang WF adalah 331.527 kg, sedangkan berat kolom Baja tampang Hollow Tube 211.979 kg, maka

50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 300,000 350,000

didapat selisih berat kolom antara kedua bangunan adalah 119.548 kg. Bila dibandingkan dengan total berat Baja tampang WF, Baja tampang Hollow Tube menghemat penggunaan baja 36,06%.

Dalam dokumen Analisa Portal dengan Menggunakan Kolom Tampang Hollow Tube Standar JIS Dibandingkan dengan Kolom Tampang WF Standar SNI untuk High Rise Building (Halaman 20-48)