PERBANDINGAN DESAIN BRIDGE BEAM PADA HOIST CRANE
DENGAN DOUBLE-IWF, BOX-GIRDER DAN RANGKA BAJA
(Studi ANALISIS)
TUGAS AKHIR
Disusun Oleh :
Danan Anwa Salim
12 0404 040
Dosen Pembimbing :
Ir. Torang Sitorus , MT
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Dengan kondisi Indonesia yang semakin maju, maka terdapat berbagai proyek pembangunan, terutama pada pembangunan industri. pembangunan industri selalu menggunakan alat bantu crane untuk memindahkan barang yang berat dari satu tempat ke tempat lainnya . Penggunaan crane dipilih karena jika ditinjau dari segi keamanan, ekonomis, praktis serta keselamatan crane lebih unggul jika dibandingkan dengan sekian banyak alat angkat untuk memindahkan barang yang sangat berat.
Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisa beban perencanaan dalam suatu bridge beam pada hoist crane, lalu direncanakan profil dari baja yang seekonomis mungkin untuk digunakan. Sehingga mendapatkan nilai bobot perencanaan yang efektif untuk digunakan dalam suatu proyek. didalam tugas akhir ini, desain bridge beam yang digunakan ada 3 model,yaitu: double- IWF, double Box-girder dan rangka baja. Ketiga model ini akan ditinjau pada bentang 20 meter dan 30 meter dengan bobot crane 10 ton. Pada desain rangka baja digunakan bantuan program SAP 2000.
Dari hasil analitis pada bentang 30 meter rangka baja lebih ringan 30,36% dari desain profil IWF dan lebih ringan 36,92% dari desain profil box-girder. Pada bentang 20 meter rangka baja lebih ringan 24,41% dari desain profil IWF dan lebih ringan 33,66% dari desain profil box-girder. Desain rangka baja memiliki bobot paling ringan dalam perencanaan bridge beam pada
hoist crane dibandingkan desain double IWF maupun double box-girder.
ABSTRACT
With the condition of Indonesia is more advanced, then there are various development projects, especially in industrial construction. industrial construction crane will always be used to move heavy items from one place to another. The use of cranes have have been chosed if the terms of the security, economical, practical and safety of the crane is superior when compared to many of lifting equipment to move heavy items.
The purpose of this study was to analyze the burden of planning in a bridge beam of the hoist crane, and then planned the profile of the steel as economical as possible to use. Thus gaining weight value effective planning to use in a project. In this thesis, the design of the bridge beam there are only 3 models, such as : double- IWF, double Box-girder and steel frame. All three models will be reviewed on a span of 20 meters and 30 meters with a weight of 10 ton crane. On the design of steel frames used SAP 2000 program assistance.
From the analytical results on 30 meter span steel frame is lighter 30.36% of the IWF profile design and lighter 36.92% of the box-girder profile design. In the 20 meter span steel frame is lighter 24.41% of the IWF profile design and lighter 33.66% of the box-girder profile design. The bridge beam of Steel frame design has the lightest weight.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur peneliti panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa, atas rahmat dan berkat-Nya peneliti dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Perbandingan Desain Bridge Beam pada Hoist Crane dengan Double–IWF, Double Box-girder dan Rangka Baja”.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih memiliki banyak kekurangan. Hal ini disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman penulis. Dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis menerima saran kritik Bapak dan Ibu dosen serta rekan mahasiswa demi penyempurnaan tugas akhir ini.
Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan bantuan, bimbingan, arahan dan dukungan yang berharga dari berbagai pihak. Untuk semua itu, peneliti menyampaikan pernghargaan yang setinggi-tingginya dan ucapan terima kasih yang tulus kepada :
1. Bapak Ir. Torang Sitorus, M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah sabar memberi bimbingan, arahan, saran serta motivasi kepada peneliti untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Sanci Barus, MT. selaku Koordinator Bidang Studi Struktur Departemen Teknik Sipil
5. Kedua Orang Tua penulis, Antoni salim dan Berwani Ngardjo yang telah mendukung, menyemangati serta mendoakan penulis di setiap kegiatan akademis penulis
6. Kedua saudara penulis Chealsie Anwa Salim dan Edo Anwa Salim yang terus memotivasi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir.
7. Pegawai administrasi dan pegawai-pegawai Departemen Teknik Sipil USU lainnya yang bersedia membantu mengurus administrasi tugas akhir ini..
8. Seluruh Angkatan 2011 Departemen Teknik Sipil USU, khususnya Hendrik Wijaya, Windy, Ivandy Yoman, dan Eric Winson.
9. Seluruh Angkatan 2012 Departemen Teknik Sipil USU, yang selalu memberikan semangat, masukan dan saran untuk menyelesaikan tugas akhir ini
10.Abang dan Kakak senior angkatan 2009, 2010 serta adik-adik junior yang memberikan dukungan, tenaga dan semangat yang luar biasa.
11.Seluruh pihak yang telah mendukung dan membantu peneliti dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Peneliti menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, peneliti sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan-rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata peneliti mengucapkan banyak terima kasih. Peneliti berharap semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca.
Medan, Juni 2016
Danan Anwa Salim
DAFTAR ISI
ABSTRAK ………... i
KATA PENGANTAR ………. iii
DAFTAR ISI ……….. v
DAFTAR TABEL ………. ix
DAFTAR GAMBAR ……… x
DAFTAR NOTASI ……… xii
BAB I PENDAHULUAN ……… 1
1.1. Latar Belakang ………... 1
1.2. Maksud dan Tujuan……… 4
1.3. Pembatasan Masalah………. 5
1.4. Metode Penelitian ...………. 6
1.5. Sistematika Pembahasan………... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ………... 7
2.1. Tinjauan Pustaka………...… 7
2.1.1. Perencanaan Konstruksi……… 7
2.1.2. Prosedur Perencanaan……….. 8
2.1.3. Sifat Baja sebagai Material Konstruksi……… 9
2.1.3.1. Kekuatan Tinggi………10
2.1.3.2. Permanen……….. 10
2.1.3.3. Elastisitas……….. 11
2.1.3.4. Daktalitas……… 11
2.1.3.5. Keseragaman..………. 12
2.1.4. Kelebihan dan Kelemahan Baja sebagai Material Konstruksi.…….. 12
2.1.5. Diagram Tegangan – Regangan ……….. 13
2.1.6. Sifat-sifat Mekanis Baja Struktural……….. 14
2.1.6.1. Tegangan Putus (ultimate stress) …..………15
2.1.6.2. Tegangan leleh (yielding stress) ……….…….. 15
2.1.6.3. Sifat-sifat Mekanis Lainnya……….. 16
2.1.7.1. Profil Baja Wide Flange (WF)……….. …………20
2.1.7.2. Profil Baja berbentuk persegi atau persegi panjang (Box-Girder)………....……….. 20
2.1.7.3. Profil Baja Kanal C (CNP).……….. 21
2.1.7.4. Profil Baja T (tee)……… 23
2.2. Metode Perencanaan Konstruksi Baja..……… 24
2.2.1 Metode ASD (Allowable Stress Design)………...… 24
2.2.2 Metode LRFD (Load Resistance Factor Design).…………...…….. 25
2.3. Perencanaan Struktur Baja...………... 26
2.3.1. Rasio Lebar-Tebal dan Klasifikasinya……….…27
2.3.2. Perencanaan Balok Lentur..……….. ……….. 28
2.3.3. Pengaruh Tekuk Lateral dengan Perbedaan Lokasi Pembebanan …...32
2.3.4. Perencanaan Batang Tekan..……… 33
2.3.5. Perencanaan Batang Tarik....……… 35
BAB III METODE PENELITIAN ……… 36
3.1. Pendahuluan…. ………. 36
3.2. Data Desain…. ………. 38
3.2.1. Perencanaan Umum……….. 38
3.2.2. Beban-Beban yang Bekerja……….. 38
3.2.2.1. Beban Mati……….. 39
3.2.2.2. Beban Hidup………. 40
3.2.3. Kombinasi Pembebanan……….. 46
3.2.4. Kombinasi Pembebanan Pada Crane……….………….. 47
3.2.4.1. Gaya Impak Vertikal…….……….. 47
3.2.4.2. Gaya Lateral………. 48
3.3. Perhitungan Manual Menggunakan Parameter SNI 1729-2015 dan Peraturan yang Berkaitan……….. 48
3.3.1. Detail Perencanaan……….. 48
3.3.2. Batas-batas Lendutan……….………….. 48
3.3.3.1. Kuat Nominal pada Komponen Struktur I
kompak…….……….. 49
3.3.3.2. Kuat Nominal pada Komponen Struktur berbentuk persegi atau Persegi Panjang……….………. 51
3.3.4. Faktor Kelangsingan……….……….……….. 52
3.3.4.1. Faktor kelangsingan memikul tekan aksial………. 52
3.3.4.2. Faktor kelangsingan memikul Lentur………. 54
3.3.5. Perencanaan Batang Tekan…. ……….………. 56
3.3.6. Perencanaan Batang Tarik…. ……….………. 57
BAB IV PERENCANAAN STRUKTUR……….. .. 62
4.1. Geometri Struktur………. 62
4.2. Data Material…. ………. 62
4.3. Pembebanan……….. 62
4.4. Proses Perhitungan ……… 63
4.4.1. Profil IWF dan Profil Box-girder……….63
4.4.2. Rangka Baja………..64
4.5. Perencanaan Balok Hoist Crane Bentang 30 meter…. ……..………. 65
4.5.1. Perencanaan Balok IWF Built-up……….……… 65
4.5.2. Perencanaan Balok Box-Girder Built-up……….. 70
4.5.3. Perencanaan Balok Rangka Baja………. 74
4.5.3.1. Pemodelan SAP…….……….. 74
4.5.3.2. Penomoran Frame………. 75
4.5.3.3. Model Pembebanan Crane pada Balok…….……….….. 75
4.5.3.4. Hasil Analisa Struktur………. 77
4.5.3.5. Perencanaan Batang Atas……….. 77
4.5.3.6. Perencanaan Batang Diagonal……….. 78
4.5.3.7. Perencanaan Batang Tengah……….. 80
4.5.3.8. Perencanaan Batang Bawah..……….. 81
4.5.3.9. Kontrol terhadap Lendutan……… 82
4.6. Perencanaan Balok Hoist Crane Bentang 20 meter…. ……..………. 83
4.6.2. Perencanaan Balok Box-Girder Built-up……….. 88
4.6.3. Perencanaan Balok Rangka Baja………. 92
4.6.3.1. Pemodelan SAP…….……….. 92
4.6.3.2. Penomoran Frame………. 93
4.6.3.3. Model Pembebanan Crane pada Balok…….……….….. 93
4.6.3.4. Hasil Analisa Struktur………. 95
4.6.3.5. Perencanaan Batang Atas……….. 95
4.6.3.6. Perencanaan Batang Diagonal……….. 96
4.6.3.7. Perencanaan Batang Tengah……….. 98
4.6.3.8. Perencanaan Batang Bawah..……….. 99
4.6.3.9. Kontrol terhadap Lendutan……… 100
4.6. Hasil dan Pembahasan………. ……..…………. 101
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……….. .. 103
5.1. Kesimpulan…….……… 103
5.2. Saran…………. ………. 103
DAFTAR TABEL BAB I
Tidak terdapat tabel
BAB II
Tabel 2-1 Sifat Mekanis Baja Struktural ……….. 14
Tabel 2-2 Nilai Koefisien Muai Logam ……….. 17
Tabel 2-3 faktor tahanan Ø ……….. 23
BAB III Tabel 3-1 Berat jenis konstruksi …….……….. 35
Tabel 3-2 Beban hidup menurut kegunaan ……….. 36
Tabel 3-3 gaya impak tambahan ……….. 42
Tabel 3-4 Batas Lendutan Maksimum……….. 43
Tabel 3-5 Faktor Kelangsingan Terhadap Tekan Aksial……….. 47
Tabel 3-6 Faktor Kelangsingan Terhadap Lentur……..……….. 49
Tabel 3-7 Faktor Shear Lag……….. 53
BAB IV
Tidak terdapat tabel
BAB V
DAFTAR GAMBAR BAB I
Gambar 1.1 Hoist Crane………... ………... 2
Gambar 1.2 Profil IWF……….………… ……… 3
Gambar 1.3 Profil Box Girder……….. ………. 3
Gambar 1.4 Rangka Baja….……….. 4
Gambar 1.5 Pemodelan Rangka Baja dengan Bentang 20 meter dan 30 meter….. 5
BAB II Gambar 2.1 Batang yang Diberikan Beban Aksial dan Grafik Hubungan Antara Beban yang Diberikan dengan Perpendekan yang Terjadi ……… 13
Gambar 2.2 Gambar Hubungan Tegangan – Regangan Baja ………. 13
Gambar 2.3 Hubungan Modulus Elastisitas dengan Tegangan – Regangan……… 15
Gambar 2.4 Standar Tipe Penampang Profil Baja ………..…… 18
Gambar 2.5 Penampang I- WF Built Up ………….………. 18
Gambar 2.6 Penampang Box girder Built Up …..……….. 19
Gambar 2.7 Bentuk Penampang Profil C dengan dan Tanpa Perkuatan …..………… 20
Gambar 2.8 Nilai DPN pada Cold Forming Profil C ……… 20
Gambar 2.9 Profil I yang Dibelah Menjadi 2……….. 21
Gambar 2.10 Perilaku Penampang berdasarkan Klasifikasi ……… 25
Gambar 2.11 Efek Lokasi Pembebanan ……….……… 27
Gambar 2.12 Pertambatan Lateral (𝐿𝑏)……… 28
Gambar 2.13 Kondisi Batas Balok Lentur ………. 28
Gambar 2.14 Efek Lokasi Pembebanan ………... 29
Gambar 2.15 nilai C2……….…… 29
Gambar 2.16 Kolom Terminal Cengkareng ……… 30
Gambar 2.17 Kurva Tekuk Elastis dan Tekuk Inelastis ………..……….…… 30
Gambar 2.18 Atap Wembley Stadion ………..……….…… 31
Gambar 3.2 Perencanaan Bridge Beam menggunakan Box Girder ……….... 32
Gambar 3.3 Perencanaan Bridge Beam menggunakan Rangka Baja ………. 33
Gambar 3.4 Perencanaan Dimensi Bangunan ………..………. 34
BAB IV Gambar 4.1 Pemodelan Bentang 30 meter ……… 67
Gambar 4.2 Jenis Batang ……… … 67
Gambar 4.3 Pembebanan Crane-1 pada Pinggir Bentang ……… 68
Gambar 4.4 Pembebanan Crane-2 pada Tengah Bentang ……… 68
Gambar 4.5 Pembebanan Crane-3 pada Tengah Bentang Daerah Tengah Frame…… 69
Gambar 4.6 Pemodelan Bentang 20 meter ……… 82
Gambar 4.7 Jenis Batang ……… … 83
Gambar 4.8 Pembebanan Crane-1 pada Pinggir Bentang ……… 83
Gambar 4.9 Pembebanan Crane-2 pada Tengah Bentang ……… 84
Gambar 4.10 Pembebanan Crane-3 pada Tengah Bentang Daerah Tengah Frame…… 84
BAB V
DAFTAR NOTASI
A Luas penampang Ae Luas neto efektif
Ag Luas bruto dari komponen struktur α koefisien pemuaian 𝜎 Tegangan Terjadi 𝜎′ Tegangan Izin ∆ Lendutan B Lebar profil be Lebar efektif
Cb Koefisien pengali momen tekuk torsi lateral Cw Konstanta wraping
DL Beban mati
E modulus elastisitas
E beban gempa 𝜀 regangan aksial
Fe Tegangan tekuk kritis elastis
Fu Kekuatan tarik minimum yang diisyaratkan Fy Tegangan leleh minimum yang diisyaratkan
H beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air H Tinggi profil Ix Inersia sumbu x Iy Inersia Sumbu y J Konstanta torsi 𝛾 regangan geser
γbaja Massa jenis baja
L Panjang bentang
𝐿𝑏 Panjang bentang antara 2 pengekang yang berdekatan
LR beban hidup di atap
Mmax Momen maksimum pada bentang yang ditinjau. MA Momen pada ¼ bentang.
MB Momen pada ½ bentang. MC Momen pada ¾ bentang
𝑀𝑢𝑥 Momen lentur terfaktor arah sumbu x 𝑀𝑢𝑦 Momen lentur terfaktor arah sumbu y
𝑀𝑛𝑦 Kuat nominal dari momen lentur memotong arah y 𝑀𝑛𝑥 Kuat nominal dari momen lentur penampang Ø Faktor reduksi (tahanan)
𝑃𝑢 𝑡𝑒𝑘𝑎𝑛 Kuat tekan nominal
𝑃𝑢 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘 Kuat tarik nominal
q beban sendiri
R beban hujan Ru Kuat perlu 𝑅𝑛 Kuat rencana
𝑟𝑦 Jari-jari girasi terhadap sumbu tengah
S beban salju
Se Modulus penampang efektif
Sx Modulus elastisitas penampang sumbu x Sy Modulus elastisitas penampang sumbu y tw tebal pelat badan
tf tebal pelat sayap U Faktor shear lag
W beban angin
Zx Modulus plastis penampang sumbu x Zy Modulus plastis penampang sumbu x 𝜎 tegangan aksial
