DESAIN BALOK B ENGGUNAKAN AISI 2007 DAN SAP2 munitas Bidang Ilmu : Teknik Struktur
SKRIPSI
Karya tulis sebagai salah satu syarat ntuk memperoleh gelar Sarjana dari IVERSITAS KOMPUTER INDONESIA
Oleh:
MADE ENA GERAHITA NIM : 13008003
OGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
AS TEKNIK DAN ILMU KOMPUTER ERSITAS KOMPUTER INDONESIA
2013
ANG LIP P2000
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan rahmat,
berkat, serta hidayah-Nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan karya tulis yang
berbentuk skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah direncanakan.
“Desain Balok Baja Cold- Form Berpenampang Lip Channel Menggunakan AISI
2007 dan SAP2000” merupakan judul yang diambil dalam rangka memenuhi
syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada Fakultas Teknik dan Ilmu
Komputer, Jurusan Teknik Sipil di Universitas Komputer Indonesia.
Penulisan skripsi ini tidak akan terlaksana dan selesai tanpa bantuan berbagai
pihak. Oleh karena itu Penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Dr. Y. Djoko Setiyarto, ST., MT., selaku pembimbing dalam penulisan
skripsi ini yang telah banyak memberikan bimbingan, nasehat dan
arahan kepada Penulis.
2. Dr. Ir. Eddy Soeryanto Soegoto, selaku rektor Universitas Komputer
Indonesia dan Prof. Dr. H. Denny Kurniadie, Ir., M.Sc., selaku dekan
Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Komputer Indonesia.
3. Ayahanda dan Ibundaku tercinta, adik dan kakakku serta seluruh
keluarga besar yang telah banyak memberikan dukungan dan
pengorbanan baik secara moril maupun materil sehingga Penulis dapat
menyelesaikan studi dengan baik.
4. Muhamad Riza H, ST., MT, M. Donie Aulia, ST., MT., Yogi jaelani,
ST., MT. dan Vitta Pratiwi, ST., MT., selaku dosen di Jurusan Teknik
Sipil Universitas Komputer Indonsia serta ibu Alise selaku sekretaris
jurusan Teknik Sipil .
v
6. Rekan-rekan di Jurusan Teknik Sipil yang telah membantu dan
memberikan semangatnya.
7. Sahabat saya Gino marino, Arnita aulia rahmita, Erick adwijaya, dan
Redy herdiana yang selalu meluangkan waktunya, membantu dan
memberikan motivasi serta semangatnya sehingga skripsi ini dapat
terselesaikan dengan lancar.
8. Sahabat-sahabat terbaik saya di griya anyar yang selalu setia dan
memberikan dukungan serta semangatnya.
9. Keluarga Pasut sebagai motivasi dan inspirasi terbesar saya sehingga
skripsi ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan,
maka saran dan kritik yang konstruktif dari semua pihak sangat diharapkan demi
penyempurnaan selanjutnya.
Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi Penulis dan para pembacanya.
Bandung, Agustus 2013
!
" # $ " % &%
' $% # (%
# & # &
%# *
%+ , + + *
% # - **.
$% % % /%
0 -+ %! 1 - *** )
# %#
- %# # %#
- %# %! 1 - ***
2% ! 3 %
+ %+ , +
+ ' +
& 0
+ " .
0 & - , .
. 4 + .
- " # .
0 - # ' )
0 + 5 *
0 4 + 5
5
2 + 5
3 " ' % 0
3 " 0 - !% 7 0
" 2 "
" " # - *
" # + 7 " # " "
" %+ , + + "
" # # + + + 8 7
" + %# # %! 1
- *** )
" + %# # %! 1
!!"#
! " #
$ % & ' ( ) $ % !!! #
' * + , - # . " # / 0
1 2 # / / + 33
& ' ( ) 4 " * ' "
* * $
+ " # 0
!
5 * * $
, + " # 0
! " #
" # !
" #
$ %
& $
'
(
* )'*$$$
'
())
' + )'*$$$
)'*$$$
)'*$$$
, )'*$$$
+
% !
"
/ "/ #
)'*$$$
#
/
: " #
$
'
+
$ " %
'
& '
)
3 '
/
)'*$$$
/
" )'*$$$#
* '
! " "
" " # "
" " "
"
" " " "
" " " "
$ " " % " &
"
'
" "
" "
" " "
"
( "
"
&
! & "
*
+ & , ,
! " # $ %%%
" "
" "
-( .
! & #
/ !
"
! ' ' ( '
"
0
" " " 1
" " "
" & )
!
! ' '
"
' "
" " " " 1
" " " " "
2
) '
! ! * + , - .
" "
" " & )
! ) '
" "
" " "
" "
/ " " " "
! / , (
(
" "
" "
! 0 ' *
"
"
/ "
3, 4
3# 4
)
" 3 4
" " !
5
/ (
" " "
" " !
0 & '
"
" "
" "
!""# $!""" % %
% % &
' %
% % $!"""
% '
!' (
% % )
$!""" '
*' $ $!""" %
%
( % '
+' $
$!""" % %
% ,' -, . %
!
/ % %
% % &
' $ %
0 ) )
$!"""'
!' % % % )
% % % % % (
II-1 BAB II
STUDI PUSTAKA
2.1 Perbandingan Cara Pembuatan Baja Hot-Roll dengan Baja Cold-Form
Baja adalah logam paduan dengan besi sebagai unsur dasar dan
karbon sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan karbon dalam baja
berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Fungsi karbon
dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi
bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi. Unsur paduan lain yang
biasa ditambahkan selain karbon adalah mangan (manganese), krom
(chromium), vanadium, dantungsten. Dengan memvariasikan kandungan
karbon dan unsur paduan lainnya, berbagai jenis kualitas baja bisa
didapatkan. Penambahan kandungan karbon pada baja dapat
meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya (tensile strength),
namun di sisi lain membuatnya menjadi getas (brittle) serta menurunkan
keuletannya (ductility). Sedangkan baja profil itu sendiri adalah baja
yang telah mengalami proses pembentukan menjadi suatu bentuk
profil-profil tertentu sesuai dengan kebutuhan.
Bentuk elemen baja sangat dipengaruhi oleh proses yang
digunakan untuk membentuk baja tersebut. Sebagian besar baja dibentuk
oleh proses hot-rolling (penggilingan dengan pemanasan) atau
cold-forming (pembentukan dengan pendinginan).
Penggilingan dengan pemanasan (hot-rolling) adalah proses
pembentukan utama di mana bongkahan baja yang merah menyala secara
besar-besaran digelindingkan di antara beberapa kelompok penggiling.
Penampang melintang dari bongkahan yang biasanya dicetak dari baja yang
baru dibuat dan biasanya berukuran sekitar 0,5 m x 0,5 m persegi, yang
akibat proses penggilingan ukuran penampang melintang dikurangi menjadi
II-2 Batasan bentuk penampang melintang yang dihasilkan sangat besar
dan masing-masing bentuk memerlukan penggilingan akhir tersendiri.
Bentuk penampang melintang I dan H biasanya digunakan untuk
elemen-elemen besar yang membentuk balok dan kolom pada rangka struktur.
Bentuk kanal dan siku cocok untuk elemen-elemen kecil seperti lapisan
tumpuan sekunder dan sub-elemen pada rangka segitiga. Bentuk penampang
persegi, bulat dan persegi empat yang berlubang dihasilkan dalam batasan
ukuran yang luas dan digunakan seperti halnya pelat datar dan batang solid
dengan berbagai ketebalan. Perincian ukuran dan geometri yang dimiliki
seluruh penampang standar didaftarkan dalam tabel penampang yang dibuat
oleh pabrik baja. Contoh bentuk profil baja hot-roll dapat dilihat pada
gambar 2.1.
Gambar 2.1 Bentuk Baja Profil Canal dengan Produksi Pemanasan. Sumber : Macclonald.2000
Sedangkan untuk baja ringan dilakukan dengan proses pendinginan
terlebih dahulu atau yang sering disebut dengan (coldform). Pembentukan
dengan pendinginan (cold-forming) adalah metode lain yang di gunakan
untuk membuat komponen-komponen baja dalam jumlah yang besar. Dalam
II-3 penggilingan dengan pemanasan dilipat atau dibengkokkan dalam keadaan
dingin untuk membentuk penampang melintang struktur . Contoh
bentuk profil baja cold-form dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Bentuk Baja Profil Cold-forming Sumber : Macclonald.2000
Proses pembengkokan dari lembaran-lembaran tipis yang dihasilkan
dari proses penggilingan biasanya baja dibentuk sedemikian rupa dalam suhu
ruangan dengan menggunakan bending brakes, press brake, dan roll-forming
machines. Proses pembuatan baja cod-form dapat dilihat pada gambar 2.3.
II-4 Gambar 2.3 Lembaran Tipis Baja Ringan dari Proses Pengilingan
Sumber : Macclonald.2000
Gambar 2.4 Bending Brakers Sumber : Macclonald.2000
Elemen-elemen yang dihasilkan dari proses ini mempunyai
karakteristik yang serupa dengan penampang yang dihasilkan dari proses
II-5 memiliki penampang yang tetap, tetapi ketebalan logam tersebut berkurang
sehingga elemen-elemen tersebut lebih ringan, dan tentunya memiliki
kapasitas muat beban yang lebih rendah. Bagaimanapun, proses - proses
tersebut memungkinkan pembuatan bentuk penampang yang sulit. Satu hal
lain yang membedakan proses - proses tersebut adalah bahwa peralatan yang
digunakan untuk proses pencetakan dengan pendinginan lebih sederhana
dan dapat digunakan untuk menghasilkan penampang melintang yang
bentuknya disesuaikan untuk penggunaan yang khusus.
Karena penampang yang dibentuk dengan pendinginan memiliki
kapasitas muat yang rendah, maka penampang ini terutama digunakan untuk
elemen sekunder pada struktur atap, seperti purlin, dan untuk sistem lapisan
tumpuan. Potensi elemen-elemen tersebut untuk perkembangan di masa
yang akan datang sangat besar. Komponen struktur baja dapat juga
dihasilkan dengan pencetakan, yang dalam kasus yang sangat kompleks
memungkinkan pembuatan bentuk penampang yang sesuai dengan
kebutuhan. Akan tetapi, teknik ini bermasalah ketika komponen struktur,
yang disebabkan oleh kesulitan untuk menjamin mutu cetakan yang baik
dan sama di keseluruhan bagian.
2.2 Tegangan dan Regangan Pada Baja Ringan
Karakteristik material yang penting untuk desain cold-formed steel
adalah tegangan leleh, kuat tarik dan daktilitas. Daktilitas adalah
kemampuan baja menahan regangan plastis atau permanen sebelum
mengalami fraktur. Kemampuan ini cukup penting untuk keamanan
Structural maupun proses pembentukan penampang cold-formed steel.
Namun karakteristik dari baja ringan adalah bersifat brittle dimana baja
ringan itu memiliki daktilitas yang kecil dan sering dikatakan bersifat rapuh.
II-6 Gambar 2.5 Kurva Tegangan dan Regangan Baja Ringan
Pada kurva diatas diperlihakan bahwa setelah material baja ringan ini
mencapai titik lelehnya pada titik (P) dan tegangan terus dinaikan maka
material baja ringan ini langsung mengalami fraktur yang diperlihatkan
pada titik (B). Rasio tegangan leleh dengan kuat tarik juga merupakan
karakteristik yang penting karena rasio ini adalah indikasi adanya
strain-hardening dan kemampuan material mendistribusikan tegangan kuat leleh
tekan dari baja berkisar antara 200 sampai 550 MPa. Sedangkan kuat tarik
bervariasi antara 300 sampai 550 MPa. Penguluran yang terjadi paling tidak
lebih dari 8%.
Terdapat pengecualian untuk Baja G550 yang memiliki kuat leleh
tekan minimal 550 MPa dengan penguluran minimal sebesar 2% dalam 50
mm satuan panjang. Baja dengan daktilitas rendah ini memilki keterbatasan
dalam penggunaannya sebagai elemen Structural sehingga hanya diizinkan
untuk penampang baja dengan ketebalan tidak kurang dari 0.9 mm.
II-7 aplikasi khusus sebagai elemen Structural seperti dek, panel, dan rangka
gedung. Sifat mekanik dari pelat tipis baja, strip, pelat atau batang seperti
tegangan leleh, kuat tarik, dan penguluran mungkin amat berbeda dengan
sifat yang ditunjukkan oleh penampang cold-formed steel.
Spesifikasi mekanis dari lembaran baja tipis, strip, pelat atau batang,
seperti tegangan leleh, kuat tarik, dan penguluran dapat berbeda dengan
spesifikasi yang ditampilkan oleh penampang cold-formed steel.
Peningkatan kekuatan leleh dan kuat tarik material dasar (virgin material) di
lokasi penampang pada baja cold-formed berpenampang kanal dan joist
(Karren dan Winter 1967) ditunjukkan oleh gambar 2.5 berikut ini:
Gambar 2.6 Pengaruh Cold-work Terhadap Spesifikasi Mekanis
Penampang Baja Cold Formed(yu 2000)
Penyebab utama perubahan spesifik mekanis tersebut adalah
strain-hardening dan strain-ageing. Dalam gambar 2.6, kurva A memperlihatkan
kurva tegangan-regangan pada material dasar. Kurva B dihasilkan ketika
beban dihilangkan (unloading) pada saat baja melalui daerah
strain-hardening. Kurva D menunjukkan kurva tegangan - regangan jika baja
dibebani kembali setelah terjadi strain-ageing. Perlu diperhatikan bahwa
II-8 daktilitas menurun setelah terjadi strain hardening dan strain ageing. Kurva
pengaruh strain hardening dan strain ageing dapat dilihat pada gambar 2.6.
Gambar 2.7 Pengaruh Strain-harding dan Strain-ageing Spesifikasi Mekanis Tegangan Regangan (yu 2000)
2.3 Desain Tegangan
Kekuatan dari baja cold-formed elemen struktur bergantung dari nilai
tegangan lelehnya, kecuali dalam kasus di mana tekuk lokal elastis atau
tekuk globalnya kritis. Karena kurva tegangan-regangan dari lembaran atau
strip baja bisa berupa kurva sharp-yielding type atau gradual-yielding type,
metode untuk menentukan tegangan leleh untuk sharp-yielding steel dan
tegangan leleh untuk gradual-yielding steel ditentukan dalam AS 1391.
Tegangan leleh untuk sharp-yielding steel ditentukan oleh level
tegangan dari plateau. Tegangan leleh untuk gradual-yielding steel
ditentukan dengan metode penguluran non-proporsional atau metode total
II-9 Gambar 2.8 Kurva Tegangan-Regangan Baja (Yu 2000)
Kekuatan dari elemen yang tertekuk tidak hanya bergantung dari
tegangan leleh, tetapi juga dari modulus elastisitas (E) dan tangen
modulusnya (Et). Modulus elastisitas ditentukan dari kemiringan bagian
yang lurus pada kurva tegangan - regangan. Nilai dari E yang ditentukan
dalam Standard berkisar dari 200 sampai 207 GPa. Nilai 200 GPa
digunakan untuk standard pendesainan. Tangen modulus ditentukan oleh
kemiringan dari kurva tegangan-regangan di setiap level tegangan. Untuk
sharp-yielding steel, Et bernilai sama dengan E sampai tegangan leleh,
tetapi untuk gradually-yielding stress, Et bernilai sama dengan E hanya
sampai proportional limit (Fpr). Setelah tegangan melampaui proposional
limit, nilai tangen modulus (Et) akan menurun dibandingkan modulus
elastisitasnya. Berbagai macam ketentuan mengenai tekuk dalam Standard
II-10 kurang dari 70% dari titik leleh minimum yang ditentukan. Kurva tegangan
regangan dapat dilihat pada gambar 2.7.
Tabel 2.1 Kekuatan Minimum Baja Ringan Berdasarkan AS 1163,AS 1397,AS 1594,AS 1595danAS/NZS 3678.
2.4 Metode Perhitungan Manual
Metode perhitungan dengan menggunakan metode manual terdapat
beberapa tahapan diantarnya :
2.4.1 Perhitungan Property penampang
Langkah pertama yang akan kita lakukan dalam melakukan
perhitungan manual adalah melakukan perhitungan terhadap property
II-11 Gambar 2.9 Penampang Lip Chanel
Sumber: Analisis dan Desain Komponen Struktur Baja AISI, 2007
1. Parameter dasar
̅
̅
̅ ( )
̅ ( )
[ ( )]
̅ ( )
2. Luas penampang
II-12 3. Momen inersia area
Chanel :
[
[ ]]
4. Jarak pinggir terhadap garis tengah
̅̅̅
5. Jarak pinggir terhadap garis luar penampang
̅ ̅̅̅
6. Momen inersia terhadap y – axis
̅ ̅
7. Jarak titik geser terhadap garis tengah penampang
a. Chanel :
̅ ̅ ̅ ̅ [ ̅ ̅ ] ̅ ̅ ̅ [ ̅] ̅ ̅ ̅ ]
8. Jarak antara titik pusat penampang terhadap titik pusat geser ̅̅̅ ) x
9. St. Vennat torsion constans
II-13
14. Parameter yang dipergunakan dalam penentuan elastisistas kritis
J =
+
2.4.2 Perhitungan Moment dengan Menggunakan AISI 2007
Standar Nasional Indonesia SNI 03 – 1729 – 2002 “Tata Cara
Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung” merupakan standar
perencanaan konstruksi baja paling baru di Indonesia. Meskipun demikian,
standar tersebut belum memasukkan strategi perencanaan baja canai
dingin dalam pembahasannya, dan dikhususkan hanya untuk pemakaian
baja canai panas saja. Bagaimanapun juga, pemakaian baja canai dingin
berbeda perlakuannya dibanding baja canai panas (Wei-Wen Yui 2000),
dan sudah banyak negara-negara yang memahami hal tersebut yaitu dengan
membuat peraturan perencanaan yang berbeda antara baja canai panas dan
dingin. Tabel 2.2 memperlihatkan masing-masing peraturan perencanaan struktur baja untuk beberapa Negara.
Sesuai dengan Table 2.2 dibawah ini akan diberikan pembahasan momen nominal dengan menggunakan peraturan yang dipergunakan di
negara Amerika yaitu AISI versi 2007 :
II-14
Sfy = Modulus penampang elastis terhadap serat ektrim pertama
Mcrd = Sf Fd
Dimana
Sf = Modulus penampang elastis terhadap serat ektrim
Fd = Distolsi tegangan tekuk elastis
Tabel 2.2 Standar Perencanaan Baja di Berbagai Negara.
Catatan : Judul yang dicantumkan mungkin sudah out-of dated dan sudah ada versi barunya.
Negara Baja canai Panas (hot-rolled) Baja canai Dingin (cold-formed)
Amerika AISC-ASD89 dan AISC-LRFD99 AISI 1996 Cold-Formed specificasion
Australia AS4100-1998, steel Structures, Standard Australia AS/NZS 4600:2005 : Cold Formed Steel Structures British BS5950 2000 BS5950 Part V : Code of Practice for Desigh
Cold-formed Sections
CSA-S136, "North american Specification for the Desigh of Cold-Formed Steel Structural Members". Canation Standard Association, Ontario, 2001 "Technical Strandard for Thin-Walled Steel Structures". GBJ 88, Beijing People's Republic of China, 1988 Eropa ENV 1993-1-1 (1996) European Committee for ENV 1993-1-3 (1996) European Committee for
Standardisation: Eurocode 3: Desigh of steel Standardisation: Eurocode 3: Desigh of steel Structures, Part 1.1 : General Rules for Steel. Structures, Part 1.3 : Supplementary Rules for Cold
formed thin gauge members and sheeting Perancis French Code besed on centre technique industriel centre technique industriel de la Construction
de la Construction Metallique Publication entitled "design Metallique: Recommendation pour le calcul des Rules for Structural Steelwork." Contructions a Elements Minces en Acier", 1978 india IS: 800-1984 Code for practice for general contruction in steel IS: 801-1975 (Indian cold Formed Steel Code)
Indian standard code of practice IS: 802-1995 Part 1 IS: 811-1987 (Specification for Cold formed light gauge structural steel sections)
Indonesia SNI 03-1729-2000 atau Tata Cara Prencanaan Struktur baja untuk Bangunan Gedung
Jerman DIN 18800 and DIN 4114 DIN V ENV 1993-1-3, versi Jerman Eurocode Jepang Japanese Architectural Standard Specification JASS 6 Architectural Institute of japan: "Recommendations for
(1996) Structural steelwork Specification for Building the desight and Fabrication of light Weight Steel Constraction Structure", 1982
Swedia StBK-K2 (1983), knacknin, vippning ach buckling, Swedish Institute of Steel Constraction: "Swedish kommentater till stalbyggnasdsnorm 70 Code for light Gauge Metal structures", Publication (Plate,Column, and Beam-Column Buckling), statens 76, Ma, 1982
stalbyggnadskommitte, Svensk Byggtjanst, 2 Ed. CSA standard CAN/CSA-S16. 1-94 Canada
Steel Desigh Per GBJ 17-88 China
II-15 2.5 Contoh Perhitungan Momen Nominal
Untuk baja ringan perlu dilakukan perhitungan momen nominalnya,
ada pun perhitunganya sebagai berikut ini :
Gambar 2.10 Penampang Lips Chanel
Sumber: Analisis dan Desain Komponen Struktur Baja AISI, 2007
E29500 Ky1 Ly36 ry0.342 ro2.15
Calculate Cb assuming a unit loading
w1.0 L72.0
II-16
From Example I-9 with Fc30.921
Sc0.060
MnSc Fc
Mn 1.855
II-17
Allowable Design Strengnt Ωb1.67
M Mn
Design Strength (LRFD) ϕ0.90
MuϕMn
Mu1.67
Live load faktor = 1.6
Wlive0.016
3. Check Shear (Section C3.2)
II-18 2.6 Aplikasi Software SAP2000
SAP2000 adalah sebuah software komputer yang dibuat untuk
memudahkan dalam melakukan perhitungan struktur. Program komputer
rekayasa seperti SAP2000 berbeda dengan program computer umum
(EXCEL, AutoCAD, Words, dll), karena pengguna dituntut untuk
memahami latar belakang metoda maupun batasan dari program tersebut.
SAP2000 merupakan pengembangan program SAP’ yang dibuat oleh Prof.
Edward L. Wilson dari University of California at Berkeley, US sekitar
tahun 1970. Untuk melayani kebutuhan komersil dari program SAP, pada
tahun 1975 dibentuk perusahaan computer & structure, Inc. dipimpin oleh
ASharf Habibullah.
Program SAP ini dapat dikatakan sebagai cikal bakal dari
program-program analisa struktur lain didunia. dengan reputasi lebih dari 30 tahun
program SAP dikenal secara luas dalam komunitas rekayasa.
Fv0.441 Aw5.4150.0566 0.306 Fv14.3
VnAw Fv
Vn4.383
or per Table II-3, for a 550T 125-54 with a yield stress of 33
II-19 Awalnya dimulai dari versi main-frame dan kemudian dikembangkan
kepada versi PC-nya yaitu SAP80. Dan tahun 1990 versi SAP90, semuanya
dalam sistem DOS. Perkembangan dari sistem DOS kea rah sistem windows
dikeluarkan SAP2000 versi ini cukup canggih karena dapat digunakan untuk
analisa non linier. Untuk material baja ringan dapat pula dilakukan
perhitungan dengan mempergunakan software SAP2000. Dengan
mempergunakan aplikasi ini kita dapat mempercepat perhitungan dengan
melakukan pemodelan terhadap jenis kontruksi yang akan di hitung, secara
garis besarnya perhitungan terhadap material baja ringan sama dengan
perhitungan terhadap material baja biasa, letak perbedaanya hanya terdapat
pada input material salah satunya seperti dibawah ini :
Pilih CLDFRM lalu klik modify/show material
IV-1 BAB IV
ANALISIS DAN DESAIN
4.1 Data Penampang
Penampang yang akan ditelusuri merupakan penampang yang
dimodelkan dengan pemodelan balok sederhana diatas dua peletakan,
sebelum melakukan perhitungan telah dilakukan pemodelan dan dimensi
penampang serta property penampang yang direncanakan.
4.1.1 Pemodelan Penampang
Penampang yang ditinjau merupakan gording rangka atap dengan
material baja ringan yang dimodelkan kedalam pemodelan balok sederhana
adapun pemodelanya di perlihatkan pada gambar berikut ini:
Gambar 4.1 Gording Rangka Atap yang Ditinjau
Dari kondisi gording atap diatas batang yang ditinjau dimodelkan
reaksi peletakanya diasumsikan peletakan sederhana berupa sendi rol dan
sendi tumpu pada gambar berikut ini:
IV-2 Gambar 4.2 Pemodelan Penampang
4.1.2 Parameter Penampang
Parameter penampang merupakan element dasar yang akan
dipergunakan kedalam perhitungan menggunakan metode manual dan
software SAP2000 ditampilkan dibawah ini :
4.1.2.1 Property penampang
Berat volume = 3.56 kg/m3
E = 200000 N/mm2
Poisson ratio U = 0.3
Coefficient of thermal expansion A = 454 mm2
Shear modulus G = 96153.85
Minimum yieled stess, Fy = 350 MPa
Minimum tensile stess, Fu = 420 MPa
Selain property penampang diatas dimensi baja ringan yang
direncanakan didalam desain di perlihatkan pada gambar berikut ini: Beban
IV-3
4.1.2.2 Dimensi penampang
Gambar 4.3 Penampang Lip Chanel
Out side heigh (a’) = 0.1 m Out side widh (B’) = 0.05m
Thick ness (t) = 0.002 m
Radius ( R ) = 0.003 m
Lip depth ( C ) = 0.02 m
Dimensi penampang diatas diperoleh dari tabel yang diperlihatkan pada
IV-4 Tabel 4.1 Property Penampang Baja Ringan
4.2 Pembebanan dan Kombinasi Pembebanan
Dalam merencanakan suatu desain beban merupakan hal vital yang
harus diperhatikan, perencanaan harus memperhatikan beban – beban yang
IV-5
4.2.1 Pembebanan
Beban mati ialah berat dari semua beban yang bersifat tetap, termasuk
segala unsur tambahan yang bersifat tetap pula. Beban hidup merupakan
beban yang bersifat bisa ada atau tidak. kemungkinan terjadi akibat
penghunian yang bersifat berpindah.
Selain beban mati dan beban hidup masih terdapat beban-beban lainya
seperti: Beban angin, beban hujan, dan beban gempa namun dalam skripsi
ini beban-beban tersebut tidak ditinjau, dalam skripsi ini hanya difokuskan
terhadap beban mati yaitu akibat berat sendiri (D), akibat beban tambahan
yang bersifat menetap (SIDL) yang diakibatkan oleh beban atap zincalume
dan ring. Beban hidup (LL) akibat beban orang dalam proses pengerjaan.
Untuk beban atap berat dari atap zincalume diperoleh dari tabel
dimensi atap yang ditampilkan dalam tabel 4.2 dibawah ini :
IV-6 Adapun perhitunganya diuraikan dibawah ini panjang ( p ) dan lebar
( l ) atap yang ditinjau diasumsikan sebagai berikut :
l atap = 1.6 m
besar beban mati (SIDL) yang dipergunakan dalam skripsi ini sebesar
15 kg/m akibat berat reng dan komponen lainya.
b) Beban hidup (LL) = 100 kg/m
besar beban hidup (LL) yang dipergunakan sesuai dengan peraturan
pembebanan SKBI – 1.3.53.1987.
4.2.2 Kombinasi Beban
Kombinasi pembebanan ultimit yang ditinjau menurut peraturan
pembebanan sebagai berikut :
1. 1.4 D + 1.4 SIDL
4.3 Analisis Desain Balok Sederhana Menggunakan Metode Manual
Dengan mempergunakan data yang telah dibahas diatas, sebagai
IV-7 perhitungan dengan metode manual perhitungan dilakukan berdasarkan
AISI2007 yang menggunakan penggunaan software mathcad untuk
mengurangi tingkat kesalahan yang diakibatkan oleh human error, material
yang di masukan sama dengan material yang di hitung dengan
mempergunakan software SAP2000. Adapun perhitunganya sebagai berikut:
IV-9 Berdasarkan perhitungan manual yang dihasilkan didapatkan besar momen
nominal ( Mn) dan gaya geser (Vn) masing-masing sebesar :
Mn = 281.394 kgf-m
Vn = 4032 kg
4.4 Analisis Desain Balok Sederhana Menggunakan SAP 2000
Berdasarkan data yang telah dibahas diatas maka pada tahapan ini
dicoba untuk melakukan perhitungan secara cepat dengan mempergunakan
bantuan software SAP2000. Tahapan perhitungan menggunakan software
SAP2000 untuk medapatkan hasil perhitugan yang akan dibandingkan
dengan hasil perhitungan menggunakan metode manual sebelumnya tahapan
perhitungan seperti dibawah ini.
4.4.1 Pemodelan Struktur
Pemodelan yang dilakukan untuk memodelkan baja ringan yang
menerima beban merata akibat beban mati (SIDL) dan beban terpusat akibat
beban hidup (LL) di modelkan kedalam balok sederhana. Adapun sendi
yang menopang dimodelkan kedalam sendi tumpu dan sendi rol, tumpuan
sendi dapat memberikan reaksi vertikal dan horizontal, sedangkan tumpuan
rol hanya dapat memberikan reaksi vertikal pada tahapan ini dilakukan
pemodelan struktur yang akan di rancang. Perhatikan satuan yang akan
dipergunakan dalam perhitungan karena satuan akan mempengaruhi
terhadap tahapan perhitungan berikutnya dan akan berpengaruh terhadap
hasil akhir dari perhitungan terhadap penampang yang akan ditelusuri,
IV-10 Gambar 4.4 Pemodelan Balok Sederhana
4.4.2 Input Material Property
Input property material merupakan tahapan yang dilakukan untuk
memasukan property penampang yang dimasukkan kedalam program
SAP2000 data ini diperoleh berdasarkan peraturan yang berlaku dalam
perhitungan ini mengacu pada AISI2007 dan table yang dikeluarkan oleh
pabrik - pabrik baja proses input material property dalam SAP2000 peroses
input ini harus dilakukan secara teliti dan dilakukan secara bertahap dimana
material baja yang dipergunakan adalah mutu G350 dengan fy 350 dan fu
420 proses input material property untuk kasus diatas diperlihatkan pada
IV-11 Gambar 4.5 Input Material
4.4.3 Input Dimensi Penampang
Pada tahapan ini dilakukan proses input ukuran dari baja ringan yang
akan kita rencanakan untuk dipergunakan. Data ukuran dari baja ringan
yang berlaku dilapangan yang dikeluarkan oleh pabrik produsen baja ringan
berupa table. Ukuran penampang rencana disesuikan dengan beban yang
IV-12 Gambar 4.6 Input Dimensi Penampang
4.4.4 Input Beban
Pada proses ini dilakukan perhitungan terhadap beban yang akan
dipikul oleh penampang, beban yang di input berupa beban terpusat akibat
beban hidup (LL) , beban akibat berat sendiri (D) dan beban merata yang
diakibatkan oleh beban mati tambahan (SIDL). Ketiga jenis beban itu akan
mempengaruhi terhadap kekuatan dari struktur yang akan kita rancang,
ketiga beban itu diinput kedalam software SAP2000 dan dibuatkan
kombinasi pembebananya sesuai dengan kombinasi pembebanan yang telah
dibahas sebelumya. Proses input beban dan kombinasi pembebanaan
IV-13 Gambar 4.7 Input Jenis Beban
IV-14 Gambar 4.9 Input Beban Mati SIDL
IV-15
4.4.5 Pemilihan Standar Perhitungan
Seperti pembahasan sebelumya perhitungan dengan software
SAP2000 juga dipilih standar peraturan yaitu AISI-LRPD. Untuk
menampilkan menu ini dapat dilakukan dengan masuk menu options dan
tahapan seperti dibawah ini :
Gambar 4.11 Standar Perhitungan
IV-16
4.4.6 Run Analysis
Run analysis merupakan proses penghitungan yang dilakukan oleh
software terhadap material yang telah kita input dimana setelah proses input
telah rampung dilaksanakan dan sudah lengkap, maka proses perhitungan
pun dapat dilakukan. Proses perhitungan dari run analysis ini akan
memberikan output perhitungan. yang akan kita pelajari sebagai acuan
untuk penerapan dilapangan.
Gambar 4.13 Run Analysis
4.4.7 Output Perhitungan
Output perhitungan merupakan hasil perhitungan yang dihasilkan dari
analysis yang dilakukan software adapun output perhitungan diperlihatkan
IV-17 Gambar 4.14 Output Perhitungan
Berdasarkan data output yang ditunjukan pada gambar diatas perhitungan
yang dihasilkan dari penggunaan Software SAP2000 untuk menghitung
pembebanan pada kasus yang telah diuraikan diatas maka didapatkan besar
momen nominal ( Mn) dan gaya geser (Vn) masing-masing sebesar :
Mn = 299.957 kgf-m
IV-18
4.5 Perbandingan Hasil Perhitungan Terhadap Balok Sederhana
Berdasakan hasil dari masing – masing perhitungan yaitu dengan
mempergunakan metode manual AISI2007 dan perhitungan dengan
mempergunakan software SAP2000 diperoleh hasil perhitungan
diperlihakan pada tabel 4.3 dibawah ini :
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Metode Manual dan Software SAP2000
Metode perhitugan Metode
perhitungan
Dari tabel diatas diperoleh hasil untuk momen nominal perhitungan
dengan SAP2000 memperoleh hasil lebih besar dari metode manual dengan
selisih sekitar 6.186%, sedangkan untuk gaya geser perhitungan dengan
metode manual memperoleh hasil yang lebih besar daripada perhitungan
dengan SAP2000 dengan selisih sekitar 4.40%. oleh karena itu pada
analysis studi kasus selanjutnya untuk kecepatan pengerjaan dan
mengurangi tingkat kesalahan direkomendasikan menggunakan Software
IV-19
4.6 Studi Kasus
Studi kasus yang dipergunakan pada studi ini adalah pembangunan
di lokasi X dengan mempergunakan kontruksi atap memakai baja lips
chanel luasan atap yang direncanakan memiliki panjang dan lebar masing
8m x 6m dengan kemiringan atap 35 derajat. Metode perhitungan yang
dipergunakan mengacu kepada metode aplikasi SAP2000, yang telah
dijelaskan pada bab 3 adapun gambaran bentuk atap yang akan tinjau
gordingnya ditunjukan oleh gambar 4.15 dibawah ini :
Gambar 4.15 Rangka Atap yang Dihitung
pemodelannya dilakukan seperti diperlihatkan pada gambar dibawah ini,
dengan jarak kuda - kuda yang berdekatan adalah 1.33, peninjauan
difokuskan terhadap gourding dari rangka atap. Dengan peletakan terdiri
dari sendi rol dan sendi tumpu.
IV-20 Gambar 4.16 Pemodelan dalam SAP
4.6.1 Input
Langkah pertama yang akan kita lakukan didalam perhitungan adalah
melakukan input material kedalam SAP2000 material yang dipergunakan
dalam kasus diatas adalah baja ringan lip chanel, maka material property
sama dengan yang telah dibahas didalam pembahasan sebelumnya, dimana :
Gambar 4.17 Input Property Penampang
Batang Yang ditiinjau
IV-21 Setelah tahapan input property penampang dilaksanakan dilakukan input ada
beberapa input yang dilakukan yaitu :
1. Input penampang
Merupakan tahapan untuk melakukan input penampang yang akan kita
pakai, proses ini dapat dilakukan dengan sistem auto dimana program
SAP2000 akan memilih secara otomatis ukuran penampang yang akan
disesuaikan dengan beban namun dalam kasus ini kita assign frame
dilakukan secara manual :
IV-22 Gambar 4.19 Pemilihan Dimensi Penampang
Gambar 4.20 Input dalam SAP Frame Section
Untuk kasus ini dimensi rencana gording menggunakan frame propertis
lebih kecil dengan ukuran 125 x 50 x 20 dibandingkan dengan kuda - kuda
yang mempergunakan penampang yang lebih besar yaitu 150 x 50 x 20
IV-23
2. Input beban
Dalam kasus diatas diasumsikan beban yang diterima oleh masing –
masing penampang merupakan beben merata yang hanya memikul beban
mati dari berat sendiri, reng dan genteng. Besarnya beban diasumsikan
sebesar melaui perhitungan yang disesuaikan dengan luas beban yang
diterimanya untuk, rata- rata beban yang diterima gourding telah dibahas
dalam pembahasan pembebanan sebelumnya, untuk setiap panjang
gourding, perhitungan dilakukan dengan proses perhitungan terpisah dengan
metode perhitungan beban antara beban mati dan beban hidup Adapun
proses input bebannya seperti berikut ini :
IV-24 Gambar 4.22 Input Beban Mati dalam SAP
Tahapan berikutnya adalah melakukan pengecekan terhadap aturan yang
dipergunakan yaitu AISI LRFD
IV-25
4.6.2 Output
Setelah desain atap dibuat dan semua beban diinput pada desain
atap dalam SAP2000 tersebut, langkah selanjutnya yang dilakukan adalah
menganalisis hasil output nya. Pada analisis tersebut menghasilkan besar
gaya kekuatan axial, besar gaya geser, besar gaya torsi dan juga besar
momen.
IV-26 Gambar 4.25. Diagram Momen 3.3
IV-27 Gambar 4.27 Diagram Ratio
Perhitungan ratio yang tepat adalah < 1, jika hasil ratio yang dihitung > 1
artinya batang baja tersebut tidak kuat untuk menahan beban yang ada. Pada
gambar di atas terdapat batang berwarna hijau, batang berwarna hijau
menandakan hasil ratio < 1, sedangkan batang berwarna merah menandakan
hasil ratio > 1. dari perhitungan diatas diperoleh besar momen nominal (Mn)
dan gaya geser (Vn) sebesar:
Mn = 675.329 kgf-m
Vn = 5047 kg
Hasil perhitungan diperlihatkan pada tabel 4.4 berikut ini :
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Metode Manual dan Software SAP2000
Moment ultimate Gaya geser ultimate (Vu)
Axial force (Pu)
56.798 kgf-m 80 kg -3.193
Momen nominal (Mn) Gaya geser (Vn) Rasio