Analisis Sambungan Pemikul Momen Pada Struktur Portal Baja Menggunakan Sambungan Tipe End Plate

(1)

(2)

LEMBAR PENGESAHAN

ANALISIS SAMBUNGAN PEMIKUL MOMEN PADA

STRUKTUR PORTAL BAJA MENGGUNAKAN SAMBUNGAN

TIPE END PLATE

(Study Literatur)

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat untuk

Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil

Dikerjakan Oleh:

IRBAR DARMANSYAH 12 0424 022

Pembimbing:

Ir. Torang Sitorus, MT NIP. 19571002 198601 1 001

Penguji I Penguji II

Prof. Dr-Ing. Johannes Tarigan M. Agung Putra H, S. T., M. T.

NIP. 19561224 198103 1 002 NIP. 19821206 201012 1 005

Mengesahkan:

Koordinator, PPSE Ketua

Departemen T. Sipil FT. USU Departemen T. Sipil FT. USU

Ir. Zulkarnain A. Muiz, M. Eng.Sc. Prof. Dr-Ing. Johannes Tarigan

NIP. 19560326 198103 1 003 NIP. 19561224 198103 1 002

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

(3)

SURAT PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Irbar Darmansyah

NIM : 12 0424 022

Dengan ini menyatakan bahwa Tugas Akhir saya ini dengan judul “analisis sambungan pemikul momen pada struktur portal baja menggunakan sambungan tipe end plate (study literatur)”bebas plagiat.

Apabila dikemudian hari terbukti terhadap plagiat dalam Tugas Akhir saya

tersebut, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan

perundang-undangan.

Demikian pernyataan ini saya perbuat untuk dipergunakan sebagaimana mestinya.

Medan, Maret 2016

Penyusun,

(4)

i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya ucapkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat

dan karunia-Nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang

struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan

judul “ANALISIS SAMBUNGAN PEMIKUL MOMEN PADA STRUKTUR

PORTAL BAJA MENGGUNAKAN SAMBUNGAN TIPE END PLATE”.

Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari

dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin

menyampaikan ucapan terima kasih kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu :

1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

2. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc selaku Koordinator Koordinator PPSE,

Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Torang Sitorus, MT selaku pembimbing yang telah banyak memberikan

arahan, dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran

dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.

5. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

6. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas teknik Universitas

(5)

ii

7. Teristimewa dihati buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya,

Ayahanda Djasri Alwi dan Ibunda Lamtiur Sitorus, kakak saya Narulita Altari dan

adik saya Aldiantoni Alwi yang telah memberikan doa, motivasi, semangat dan

nasehat kepada saya. Terima kasih atas segala pengorbanan, cinta, kasih sayang dan

do’a yang tiada batas untuk saya.

8. Terkhusus buat keluarga kecilku tersayang bunda Soffi Rambe, ST dan juga buat

kedua jagoanku abang Shiraz Alwi dan adek Shaka Alwi yang telah memberikan

nasehat, semangat, dan membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini, terima

kasih atas doa dan semangatnya

9. Buat teman Teknik Sipil Ekstensi Philip, Otniel, Eva, Richard serta

teman-teman mahasiswa/i angkatan 2012 dan mahasiswa sipil lainnya yang tidak dapat

disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.

Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata

sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman saya dalam hal ini.

Oleh karena itu, saya mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca

demi perbaikan menjadi lebih baik.

Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat

bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Maret 2016

Penulis

(6)

iii

ABSTRAK

Perencanaan struktur konstruksi baja sangat bergantung pada alat

penyambung yang digunakan, karena sifat konstruksi baja yang relatif sama dan

tipikal perencanaan yang matang pada sisi sambungan portal baja dapat

meminalisir ataupun menghemat biaya pelaksanaan konstruksi tersebut.

penyambungan terjadi karena profil yang digunakan memiliki panjang batang

yang kurang dari perencanaan, ataupun dikarenakan pertemuan antara suatu

batang dengan batang yang lain pada satu titik buhul, yang kemudian

penyambungannya dibantu dengan menggunakan pelat buhul. Dalam perencanaan

sambungan, pemilihan alat sambung yang akan digunakan mempengaruhi

kekuatan sambungan dan kondisi kekakuan yang berbeda-beda sesuai jenis dan

fungsinya. Pada analisa mengenai sambungan antara balok dan kolom ini,

bertujuan untuk membandingkan dua jenis tipe sambungan end-plate yang sering

digunakan, adapun tipe endplate yang coba kita bandinkan disini yaitu tipe flush

dan tipe extended5. Peraturan yang digunakan sebagai pedoman adalah peraturan

SNI 03-1729-2002 untuk Struktur Baja dengan metode LRFD (Load and

Resistance Factor Design), serta panduan dari American Institute of Steel

Construction (AISC). Dari hasil analisa dan perhitungan dari kedua jenis tipe

sambungan ini, diperoleh bahwa dengan mengunakan sambungan tipe flush yang

mana diameter bautnya sama dengan tipe extended, disimpulkan bahwa tipe flush

lebih ekonomis dikarena mengukanan tebal pelat penyambung yang lebih tipis

dibandingkan tipe extended, akan tetapi jika kita mengunakan tebal pelat yang

sama tebal antara kedua jenis sambungan ini dapat disimpulkan tipe extended

lebih ekonomis dibandingkan dengan tipe flush karena mengunakan baut yang

lebih kecil

(7)

iv

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR NOTASI ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 LatarBelakang... 1

1.2 PerumusanMasalah... 6

1.3 Tujuan... 6

1.4 Manfaat Penelitian... 6

1.5 Pembatasan Masalah ... 7

1.6 Metodelogi Penelitian... 7

1.7 Sistematika Penulisan ... 10

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 12

2.1 Material Baja Sebagai Bahan Konstruksi... 12

2.1.1 Klasifikasi Baja Konstruksi ... 13

2.1.2 Sifat–sifat Mekanik Baja Konstruksi... 16

2.2 Sambungan Pada Konstruksi Baja... 19

2.2.1 Sambungan Momen ... 22

(8)

v

2.3 Kegagalan yang terjadi pada Sambungan Baja ... 31

2.3.1 Kegagalan akibat tegangan yang terjadi ... 33

2.3.2 Kegagalan akibat gaya tekan ... 41

2.3.3 Kegagalan akibat geser horizontal... 44

2.3.2 Kegagalan akibat geser vertikal... 45

2.4 Software Fine Elemen Analysis (FEA) ... 47

2.4.1 Pengertian dan sejarah pengunaan ANSYS... 47

2.4.2 Sistem kerja analisa program... 47

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 51

3.1 Umum ... 51

3.2 Flowchart... 51

3.3 Studi Literatur ... 52

3.4 Pemodelan Struktur ... 52

3.5 Perencanaan Struktur ... 54

3.5.1 Data Perencanaan... 54

3.6 Perbandingan ... 55

3.7 Kesimpulan ... 56

BAB IV ANALISA DATA ... 57

4.1 Data Perencanaan ... 57

4.2 Perencanaan Sambungan Endplate tipe Flush(dia. baut sama).. 60

4.2.1 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk baut... 60

4.2.2 Menghitung Nilai tahanan Moment untuk baut... 62

(9)

vi

4.3 Perencanaan Sambungan Endplate tipe Extended(dia. baut sama)69

4.3.1 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk baut... 69

4.3.3 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk pelat... 73

4.4 Perencanaan Sambungan Endplate tipe Flush(tebal plat sama). 77 4.4.1 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk baut... 77

4.5 Perencanaan Sambungan Endplate tipe Extended(tebal plat sama)86 4.5.1 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk baut... 86

4.6 Analisa Sambungan dengan mengunakan softwareFEA... 94

4.6.1 Konfigurasi sambungan ... 94

4.6.2 Konfigurasi elemen struktur penyambung... 95

4.6.3 Material properties... 95

4.6.4 Pemodelan dalamfine elemen... 96

4.6.5 Meshing dalamfine elemen... 97

4.6.6 Boundary Conditiondalam pemodelan ... 98

4.6.7 Hasil Analisa sambungan ... 98

4.7 Analisa defleksi dan tegangan dengan metode analisa teoritis... 101

BAB V PENUTUP ... 111

5.1 Kesimpulan... 111

5.2 Saran ... 112

(10)

vii DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Contoh Tipe Sambungan Flush End Plate (FEP)

Gambar 1.2. Contoh Tipe Sambungan Extended End Plate ( EEP )

Gambar 1.3. Gaya dalam yang bekerja pada Sambungan End plate

Gambar 1.4. Tegangan dan Regangan yang terjadi pada sambungan end plat

Gambar 2.1. Proses pembuatan material baja karbon sebagai bahan konstruksi

Gambar 2.2. Hubungan tegangan–regangan tipikal

Gambar 2.3. Hasil uji tarik benda uji sampai mengalami keruntuhan

Gambar 2.4. Perilaku benda uji hingga mencapai regangan sebesar + 2 %

Gambar 2.5. Sambungan momen dengan metode las

Gambar 2.6. Sambungan momen dengan metode baut

Gambar 2.7.a. Sambungan Balok dan Kolom

Gambar 2.7.b Sambungan Balok dan Balok

Gambar 2.7.c Sambungan kolom dan Kolom

Gambar 2.7.d Sambungan Kolom dan pondasi

Gambar 2.8.a Klasifikasi sambungan berdasarkan kekuatan ( strength )

Gambar 2.8.b Klasifikasi sambungan berdasarkan kekakuan ( rigidity )

Gambar 2.8.c Klasifikasi sambungan berdasarkan daktailitas ( ductile )

Gambar 2.9. Tegangan dan Regangan yang terjadi pada sambungan end plat

Gambar 2.10. Distribusi tahanan baut dari tegangan yang terjadi

Gambar 2.11. Tegangan pada badan kolom dan juga pada badan balok

Gambar 2.12. Distribusi penyebaran gaya akibat tekan pada bagian kolom

(11)

viii

Gambar 2.14. Distribusi penyebaran tekuk yang terjadi pada badan kolom

Gambar 2.15 Distribusi penyebaran geser horizontal pada badan kolom

Gambar 2.16 Distribusi penyebaran geser vertikal pada badan balok

Gambar 2.17 Pemodelan elemen dengan metode pengunaan node

Gambar 3.1. Diagram Alir

Gambar 3.2. Sambungan momen untuk balok dan kolom dengan mengunakan

tipe sambungan flush

Gambar 3.3. Sambungan momen untuk balok dan kolom dengan mengunakan

(12)

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Material properties untuk struktur baja

Tabel 2.1. Kelas mutu baja berdasarkan tegangan leleh dan putus

Tabel 2.2. Panjang efektif ( Leff) untuk persamaan garis lentur

(13)

x

DAFTAR NOTASI

Ab Luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir (cm2)

As Daerah geser baut (dianjurkan daerah ulir, cm2)

Asg Luas kotor stiffener (cm2)

Asn Luas bersih stiffener yang berhubungan dengan sayap kolom (cm2)

Aw Luas badan kolom yang diperkenankan untuk tekuk (cm2)

Aw Luas geser efektif las (cm2)

B Lebar sayap kolom (cm)

Bb Lebar sayap balok (cm)

bp Lebar end plate (cm)

bsg Lebar stiffener (cm)

b1 Panjang penahan kekakuan berdasarkan 45o penyebaran melalui end

plate dari tepi las (cm)

c Jarak dari pusat berat ke serat terluar (cm)

d Tinggi badan antara las (cm)

db Diameter baut pada daerah tak berulir (cm)

Dc Tinggi penampang kolom (cm)

ex Jarak tepi (cm)

Fri Kekuatan akhir pada barisan bauti(kg)

Fu Kuat tarik pelat (kg/cm2)

fu Kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat (kg/cm2)

f Kuat tarik baut (kg/cm2)

(14)

xi

g Jarak horizontal antar pusat baut (cm)

hi Jarak dari pusat tekanan ke barisi(cm)

I Momen inersia (cm4)

L Panjang stiffener (cm)

Leff Panjang efektif garis lentur (cm)

Lt Panjang regangan efektif pada badan dengan asumsi pelebarannya 60o

dari baut ke pusat badan (cm)

M Momen (kg.cm)

m Jumlah bidang geser

m Jarak dari pusat baut ke 20% dari jarak ke tepi kolom atau las end

plate (cm)

Mn Momen nominal (kg.cm)

Mp Kapasitas momen plastis (kg.cm)

My Momen elastis/leleh (kg.cm)

N Gaya aksial pada balok (kg)

n Jumlah baut

n Jarak ujung efektif (cm)

ns Jumlah baut yang tidak berada pada daerah tegangan

nt Jumlah baut pada daerah tegangan

n1 Perolehan panjang dari 45o penyebaran melalui setengah dari tinggi

penampang kolom (cm)

n2 Perolehan panjang dari perbandingan 1 : 2,5 penyebaran melalui sayap

kolom dan radius kaki (cm)

(15)

xii

pb Nilai minimum dari kuat tekan baut atau bagian sambungan

pc Kuat tekan rencana badan kolom

pc Kuat tekan stiffener

Pr Kemampuan perlawanan dari barisan baut, atau kelompok baut (kg)

Pri Kekuatan pada barisan bauti(kg)

ps Kuat geser baut (kg)

Pss Kapasitas geser dari baut tunggal hanya pada daerah geser (kg)

Pts Kapasitas geser dari baut tunggal pada daerah tegangan yang paling

kecil (kg)

Pt’ Kapasitas tegangan baut (kg)

Py Kekuatan geser rencana kolom/end plate (kg)

pyb Kekuatan rencana balok (kg/cm2)

pyc Kekuatan rencana kolom (kg/cm2)

pys Kuat rencana stiffener (kg/cm2)

ΣPt’ Jumlah kapasitas tegangan untuk semua baut dalam kelompok (kg)

r Radius kaki kolom (cm)

Rn Tahanan nominal baut (kg)

Rnw Tahanan nominal per satuan panjang las (kg)

Ru Gaya terfaktor (kg)

ry Radius girasi dari daerah efektif (cm)

S Jarak antar baut (cm)

S Modulus penampang (cm3)

swf Panjang kaki las sudut pada sayap balok (cm)

(16)

xiii

Tb Tebal sayap balok (cm)

tb Tebal badan balok (cm)

Tc Tebal sayap kolom (cm)

tc Tebal badan kolom (cm)

tp Tebal pelat (cm)

ts Tebal stiffener (cm)

Tu Beban tarik terfaktor (kg)

tw Tebal badan kolom atau balok (cm)

V Beban geser (kg)

Vu Gaya geser terfaktor (kg)

Z Modulus plastik (cm3)

μ Koefisien gesek

φ Faktor reduksi tahanan