Optimasi Perencanaan Rangka Menara Air Struktur Baja Pada Ketinggian 15 M Untuk Kapasitas 25 M3

(1)

OPTIMASI PERENCANAAN RANGKA MENARA AIR

STRUKTUR BAJA PADA KETINGGIAN 15 M

UNTUK KAPASITAS 25 M3

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh

Colloqium Doctum/Ujian Sarjana Teknik Sipil

OLEH

DWI SYAH PUTERA TARIGAN NIM : 060424002

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

OPTIMASI PERENCANAAN RANGKA MENARA AIR STRUKTUR BAJA PADA KETINGGIAN 15 M

UNTUK KAPASITAS 25 M3

(Studi Literatur)

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Melengkapi Tugas- tugas Dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara

Disusun oleh:

DWI SYAH PUTERA TARIGAN NIM. 060 424 002

Disetujui oleh : Pembimbing

Ir. Sanci Barus, MT NIP . 19520901 198112 1 002

Penguji I Penguji II Penguji III

Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan Emilia Kadreni, ST. MT Ir. Robert Panjaitan NIP.19561224 198103 1 002 NIP. 19741012 200012 2 012 NIP. 19591110 198701 1 002

Mengesahkan

Koordinator PPSE Ketua Departemen Teknik Sipil

Departemen Teknik Sipil Fak. Teknik USU

Fak. Teknik USU

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

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

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(3)

ABSTRAK

Dalam perencanaan rangka menara selain kuat, stabil dan kaku harus ekonomis karena menyangkut masalah pembiayaan yang cukup besar. Untuk itu perlu dicari suatu keadaan jumlah medan (n), pada rangka menara dengan membandingkan 3 buah profil yang akan menghasilkan biaya yang ekonomis pula sehingga nantinya memberi bobot total rangka menara yang minimum.

Untuk mencapai tujuan tersebut, pada perhitungan dilakukan dengan cara coba – coba dengan jumlah medan (n) adalah 3, 4, 5, dengan membandingkan jenis profil. Profil yang dibandingkan untuk rangka menara adalah profil 2L, profil 2C dan profil IWF.

Perhitungan struktur rangka menara menggunakan metode analisis,

dengan memberikan hasil yaitu bobot paling minimum pada jumlah medan (n) =

8 dengan menggunakan profil 2L berat 861,4524 Kg. .( 12,75 % dari profil 2C

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa atas

berkat rahmat, karunia dan penyertaan-Nya, sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul “ Optimasi Perencanaan Rangka

Menara Air Struktur Baja Pada Ketinggian 15 M Untuk Kapasitas 25 M³ ”.

Tugas Akhir ini merupakan syarat untuk dapat menyelesaikan Program

Pendidikan Sarjana Ekstension Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyusun dan menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis banyak

sekali menerima bimbingan, bantuan, dan dukungan dari berbagai pihak. Maka

dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang

setinggi-tinginya kepada:

1. Bapak Ir. Sanci Barus, MT., sebagai Dosen Pembimbing yang telah

memberikan dukungan penuh dari awal hingga selesainya Tugas Akhir ini;

2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik

Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara sekaligus Dosen Wali

penulis;

3. Bapak Ir. Zulkarnain A.Muis, M.Eng,Sc., sebagai Koordinator Program

Pendidikan Ekstension Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas

Sumatera Utara;

4. Seluruh Dosen Staf Pengajar Program Pendidikan Ekstension Departemen

(5)

5. Para Pegawai Tata Usaha Program Pendidikan Ekstension Departemen Teknik

Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (Kak Lince dan Bang Zul);

6. Secara khusus penulis mengucapkan terima kasih kepada rekan-rekan

mahasiswa terlebih-lebih kepada rekan-rekan Ekstension 2007, 2006, dan

2008 atas dorongan dan bantuan yang diberikan.

7. Secara khusus penulis berterima kasih kepada orang tua, ayah dan ibunda,

adik beserta seluruh keluarga yang telah memberikan dorongan baik moral,

material dan doa restu hingga selesainya Tugas Akhir ini.

Penulis juga menyadari bahwa penulisan ini masih jauh dari

kesempurnaan karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman penulis. Maka

untuk menyempurnakan isi dari tugas akhir ini, penulis dengan rendah hati sangat

mengharapkan saran-saran serta kritik yang konstruktif dari staf pengajar dan

rekan-rekan mahasiswa serta kalangan praktis lainnya.

Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat memberi

manfaat bagi kita semua.

Medan, Juni 2011

Hormat Saya,

Penulis

(6)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR NOTASI... ix

BAB I PENDAHULUAN ... 1

A. Umum... 1

B. Latar Belakang ... 1

C. Tujuan ... 3

D. Pembatasan Masalah ... 3

E. Metodologi ... 4

F. Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN... 6

A. Umum ... 6

B. Karakteristik Baja ... 6

C. Bentuk – Bentuk Baja Profil ... 17

D. Jenis – Jenis Pembebanan ... 18

1. Beban Mati... 18

(7)

3. Beban Angin ... 20

4. Beban Gempa ... 21

BAB III METODE PENELITIAN ... 22

A. Data Umum Struktur Baja ... 22

B. Perencanaan Pembebanan ... 23

C. Metode Analisis Rangka Menara... 24

1. Perencanaan Rangka Menara ... 24

2. Dimensi Rangka Menara ... 27

3. Stabilitas Terhadap Rangka Batang ... 27

BAB IV PEMBAHASAN... 31

A. Berat Sendiri ... 31

B. Akibat Berat Angin ... 39

1. Berat Angin Kiri ... 39

2. Berat Angin Kanan... 47

C. Pendimensian Profil ... 58

D. Perhitungan Berat Profil... 94

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 111

DAFTAR PUSTAKA ... 112

(8)

DAFTAR TABEL

Halaman

2.1 Daftar Tegangan Dari Beberapa Jenis Baja ... 12

4.1 Gaya Batang Akibat Berat Sendiri Pada Jumlah Medan (n) = 3 .. 36

4.4 Gaya Batang Akibat Beban Angin Kiri Pada Jumlah Medan (n) = 3 ... 44

4.7 Gaya Batang Akibat Beban Angin Kanan Pada Jumlah Medan (n) = 3 ... 52

4.10 Kombinasi Pembebanan Pada Jumlah Medan (n) = 3 ... 55

4.13 Kombinasi Pembebanan dan Berat Total Profil 2L dengan Jumlah Medan (n) = 3 ... 100

4.14 Kombinasi Pembebanan dan Berat Total Profil 2L dengan Jumlah Medan (n) = 4 ... 101

(9)

4.16 Kombinasi Pembebanan dan Berat Total Profil 2C

dengan Jumlah Medan (n) = 3 ... 103

4.19 Kombinasi Pembebanan dan Berat Total Profil IWF

(10)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

2.1 Hubungan Tegangan-Regangan

Untuk Uji Tarik Pada Baja Lunak ... 9

2.2 Penentuan Tegangan Leleh... 13

4.1 Grafik Hubungan Berat Profil dengan Jumlah Medan (n)

pada Profil 2L ... 109

pada Profil 2C ... 109

pada Profil IWF ... 110

(11)

DAFTAR NOTASI

Ix = Inersia Baja (Cm4)

σ = Tegangan Ijin Baja (Kg/cm²)

NT = Pembebanan Tetap (Kg)

LK = Panjang Tekuk (cm)

ix,iy = Jari – Jari Kelembaban Dari Batang Tersusun Terhadap Sumbu

(cm)

imin = Jari – Jari Kelembaban Dari Batang Tersusun Terhadap Sumbu

yang Memberikan Harga yang Kecil (cm)

W = Tekanan Angin (Kg/m²)

Sx = Statis Momen Terhadap Sumbu Bebas Bahan (cm³)

2a = Jarak Sumbu ke Sumbu (cm)

FTotal = Luasan Profil (Cm²)

FPerlu = Luasan profil yang direncanakan (Cm²)

λ = Kelangsingan

ω = Faktor tekuk

m = Jumlah Tunggal yang Membentuk Batang Tersusun

(12)

ABSTRAK

Dalam perencanaan rangka menara selain kuat, stabil dan kaku harus ekonomis karena menyangkut masalah pembiayaan yang cukup besar. Untuk itu perlu dicari suatu keadaan jumlah medan (n), pada rangka menara dengan membandingkan 3 buah profil yang akan menghasilkan biaya yang ekonomis pula sehingga nantinya memberi bobot total rangka menara yang minimum.

Untuk mencapai tujuan tersebut, pada perhitungan dilakukan dengan cara coba – coba dengan jumlah medan (n) adalah 3, 4, 5, dengan membandingkan jenis profil. Profil yang dibandingkan untuk rangka menara adalah profil 2L, profil 2C dan profil IWF.

Perhitungan struktur rangka menara menggunakan metode analisis,

dengan memberikan hasil yaitu bobot paling minimum pada jumlah medan (n) =

8 dengan menggunakan profil 2L berat 861,4524 Kg. .( 12,75 % dari profil 2C

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

A. Umum

Perkembangan ilmu pengetahuan di bidang teknik sipil mengakibatkan

perubahan sistem konstruksi baik ditinjau dari segi mutu, bahan, struktur

konstruksi serta ekonomisnya. Untuk itu perlu disadari bahwa seseorang yang

berkecimpung di dunia konstruksi harus dapat mengantisipasi hal hal tersebut

di atas.

Baja merupakan suatu bahan konstruksi yang lazim digunakan dalam

struktur bangunan sipil. Karena kekuatannya yang tinggi dan ketahanannya

terhadap gaya yang bekerja serta nilai ekonomisnya maka bahan baja telah

menjadi pilihan untuk konstruksi bangunan seperti gedung, menara/tower.

B. Latar Belakang

Pada perencanaan suatu bangunan haruslah membuat kriteria untuk

menilai tercapai atau tidaknya suatu penyelesaian yang optimum. Adapun

kriteria umum untuk struktur bangunan biasanya berupa produksi bahan yang

minimum, waktu konstruksi yang singkat, tenaga kerja yang minim, serta

operasional kerja yang minimum.

Untuk bangunan konstruksi rangka baja, perencanaan struktur dilakukan

untuk mendapatkan suatu struktur yang stabil seperti memiliki kekuatan dan

kekakuan yang memadai, memiliki nilai ekonomis pada pembiayaan awal dan

(14)

umur pelayanan yang lama, dan juga penyesuaian konstruksi yang diperlukan

pada masa yang akan datang.

Kenyataan ini menunjukan semakin kompleksnya permasalahan yang

dihadapi dalam perencanaan suatu konstruksi rangka baja. Pada umumnya

tujuan perencanaan struktur adalah untuk menghasilkan suatu struktur yang

stabil, kuat, kokoh dan memenuhi tujuan lainnya seperti ekonomis dan

kemudahan pelaksanaan. Suatu struktur disebut stabil apabila konstruksi

tersebut tidak terguling, miring atau bergeser selama umur rencana bangunan.

Dikatakan kuat dan kokoh dimana kemungkinan terjadinya kegagalan struktur

dan kehilangan kemampuan pelayanan selama umur rencana adalah kecil dan

dalam batas yang dapat diterima serta kerusakan yang dan keausan yang

terjadi pada konstruksi selama umur rencana masih dalam batas wajar dan

tidak memerlukan pemeliharaan yang berlebihan. Pada konstruksi rangka baja,

pemilihan dimensi profil yang sesuai sangat diperlukan yang mana nantinya

profil baja yang dipilih adalah kuat menahan beban beban yang terjadi pada

struktur dengan mempertimbangkan nilai ekonomis dan optimalisasi profil

yang akan dipakai.

Ekonomis suatu konstruksi rangka batang tergantung pada berat

konstruksinya. Makin berat bobotnya makin mahal biaya konstruksi dan

demikian pula sebaliknya.

Pada optimasi pererncanaan menara air rangka baja dapat timbul

masalah dalam penentuan tipe profil rangka batang dalam hal pencapaian

(15)

Adapun masalah yang akan dibahas pada tulisan ini adalah menentukan

bobot total minimum suatu konstruksi baja rangka batang menara air. Ada

beberapa profil yang digunakan untuk merencanakan suatu konstruksi baja

dengan tujuan memperoleh nilai ekonomis dan struktur yang aman. Dari

beberapa profil baja yang digunakan tentunya memberikan hasil yang

berbeda. Disini penulis membandingkan baja profil 2L, 2C dan IWF.

C. Tujuan

Penulisan tugas akhir ini dimaksudkan untuk mengoptimasi dan lebih

memahami pengaruh penggunaan profil dalam suatu struktur rangka baja

khususnya rangka baja dengan profil 2L, 2C dan IWF.

D. Pembatasan Masalah

Supaya Pengkajian mengarah pada tujuan yang relevan dengan judul

Tugas Akhir dan karena keterbatasan pengetahuan, literature, dan journal yang

dimiliki penyaji, maka perlu diadakan pembatasan masalah untuk memperoleh

analisis yang memadai.

Adapun batasan-batasannya adalah :

1. Dalam perencanaan optimasi struktur menara air, tingkat kekakuan dari

konstruksi mempunyai peranan yang sangat penting untuk menghitung

gaya-gaya dalam yang bekerja.

2. Penulisan tugas akhir ini tidak membahas mengenai sambungan profil

(16)

3. Dalam pembahasan di tugas akhir ini, penulis akan membahas mengenai

perencanaan dimensi profil struktur baja yang mana perhitungan beban

berdasarkan peraturan muatan angin dan perencanaan profil konstruksi

menggunakan metode Allowable Stress Design (ASD).

4. Analitis perencanaan dilakukan untuk memperoleh nilai nilai gaya dalam

yang terjadi, dimana nilai nilai gaya dalam yang diperoleh akan

digunakan dalam penentuan dimensi profil. Untuk kapasitas tangki air

ditentukan sebesar 25 m3 pada ketinggian 15 m.

5. Mutu Baja yang digunakan Adalah BJ 37 (Fe 360)

E. Metodologi

Metodologi yang dipergunakan dalam tugas akhir ini adalah studi

literature, adapun sumbernya berasal dari buku-buku jurnal dan buku-buku yang

berhubungan dengan analisa yang akan dibahas. Sedangkan metode yang akan

digunakan dalam perhitungan mekanikanya adalah metode Titik Buhul. Setelah

didapat gaya-gaya yang bekerja pada masing-masing batang yang membentuk

konstruksi maka dilakukan pendimensian batang sehingga bobot rangka menara

(17)

F. Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran garis besar penulisan Tugas Akhir ini, maka

isi tulisan ini dapat diuraikan sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUAN

Terdiri dari latar belakang, Pembatasan masalah, Maksud dan

Tujuan, Metodologi, dan Sistematika Penulisan.

BAB II : TINJAUAN KEPUSTAKAAN

Terdiri dari penjelasan umum mengenai baja, tipe tipe

pembebanan, metode perhitungan statika, karakteristik baja, dan

berbagai macam dimensi profil baja yang sering digunakan.

BAB III : PERHITUNGAN DAN ANALISIS

Bab ini berisi hasil-hasil perhitungan dalam perencanaan struktur

bangunan menara air. Analisis yang dilakukan berdasarkan

batasan-batasan yang sudah ditetapkan dalam ruang lingkup dan

batasan pembahasan.

BAB IV : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisikan kesimpulan yang dapat diambil dari seluruh

kegiatan tugas akhir ini dengan menitikberatkan pada optimalisasi

(18)

BAB II

TINJAUAN KEPUSTAKAAN

A. Umum

Baja merupakan sauatu bahan konstruksi yang lazim digunakan dalam

struktur bangunan sipil. Karena kekuatan yang tinggi dan ketahanan terhadap gaya

luar yang besar maka baja ini juga telah menjadi bahan pilihan untuk konstruksi

menara air rangka baja. Struktur baja bisa dibagi atas tiga kategori umum :

a. Struktur rangka (framed structure), yang elemennya bisa terdiri dari batang

tarik, kolom, balok dan batang yang mengalami gabungan lenturan dan

beban aksial

b. Struktur gantung (suspension), yang sistem pendukung utamanya

mengalami tarikan aksial yang dominan.

c. Struktur selaput (sheel), yang tegangan aksialnya dominan.

B. Karakteristik Baja

Pengetahuan mengenai karakteristik baja merupakan keharusan apabila

seorang insinyur menggunakan baja sebagai pilihan untuk merencanakan suatu

bagian struktur. Sifat mekanisme yang sangat penting pada baja diperoleh

berdasarkan hukum eksperimental tegangan dan regangan yang didapatkan oleh

Robert Hooke pada tahun 1678. jika benda mengalami pembebanan, didapatkan

bahwa untuk bahan tertentu perpanjangannya berbanding lurus dengan beban

yang dipasang. Jika bahan terbuat dari bahan terbuat dari bahan elastic yang

(19)

seluruh penampang dan besarnya sama dengan besar beban dibagi dengan luas

penampangnya. Regangan sumbu sama dengan pertambahan panjang dibagi

dengan panjang semula, sehinggga dapat ditulis:

A P

σ= ……… (2.1)

Lu L -Lo

=

ε ……… (2.2)

E . ε

σ= ... (2.3)

dimana : P = gaya aksial yang bekerja pada penampang

A = luas penampang

Lo = panjang mula – mula

L = panjang batang setelah mendapatkan beban

E = modulus elastisitas

Berdasarkan persentase zat arang yang dikandung, baja dapat

dikategorikan sebagai berikut :

1. Baja dengan persentase zat arang rendah ( low carbon steel )

Yakni lebih kecil dari 0.15 %

2. Baja dengan persentase zat arang ringan ( mild carbon steel )

Yakni 0.15 % - 0.29 %

3. Baja dengan persentase zat arang sedang ( medium carbon steel )

Yakni 0.30 % - 0.59 %

4. Baja dengan persentase zat arang tinggi ( High carbon steel )

(20)

Baja untuk bahan struktur termasuk kedalam baja yang persentase zat

arang yang ringan ( mild carbon steel ), semakin tinggi kadar zat arang yang

terkandung didalamnya, maka semakin tinggi nilai tegangan lelehnya. Sifat-sifat

bahan struktur yang paling penting dari baja adalah sebagai berikut :

1. Modulus Elastisitas ( E )

Modulus elastisitas untuk semua baja ( yang secara relative tidak

tergantung dari kuat leleh ) adalah 28000 sampai 30000 ksi atau 193000

sampai 207000 Mpa. Nilai untuk desain lazimnya diambil sebesar 29000

ksi atau 200000 Mpa.

Berdasarkan Peraturan Perencanaan Bangunan Indonesia ( PPBBI ), nilai

modulus elastisitas baja adalah 2,1 x 106 kg/cm² atau 2,1 x 105 MPa.

2. Modulus Geser ( G )

Modulus geser setip bahan elastis dihitung berdasarkan formula :

(

+μ

)

=

1 2

E G

Dimana µ = perbandingan poisson yang diambil sebesar 0,3 untuk baja.

Dengan menggunakan µ = 0,3 maka akan memberikan G = 11000 ksi atau

77000 MPa.

Berdasarkan Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia ( PPBBI ),

nilai modulus geser ( gelincir ) baja adalah 0,81 x 106 kg/cm² atau 0,81 x

105 MPa.

3. Koefisien Ekspansi ( α )

Koefisien ekspansi adalah koefisien pemuaian linier. Koefisien ekspansi

(21)

A

B

σ

A’ M

C

0

ε

4. Tegangan Leleh ( σ1 )

Tegangan leleh ditentukan berdasarkan mutu baja.

5. Sifat – sifat lain yang penting.

Sifat – sifat ini termasuk massa jenis baja, yang sama dengan 490 pcf atau

7,850 t/m3, atau dalam berat satuan, nilai untuk baja sama dengan 490 pcf

atau 76, 975 kN/m³, berat jenis baja umumnya adalah sebesar 7,85 t/m3.

Untuk mengetahui hubungan antara tegangan dan regangan pada baja dapat

dilakukan dengan uji tarik di laboratorium. Sebagian besar percobaan atas baja

akan menghasilkan bentuk hubungan antara tegangan dan regangan seperti

tergambar di bawah ini.

Gambar 2.1 Hubungan tegangan - regangan untuk uji tarik pada baja lunak.

Keterangan gambar :

σ = tegangan baja

ε = regangan baja

A = titik proporsional

A’ = titik batas elastis

B = titik batas plastis

M = titik runtuh

(22)

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa sampai titik A hubungan antara

tegangan dan regangan masih linier atau keadaan masih mengikuti hukum Hooke.

Kemiringan garis OA menyatakan besarnya modulus elastisitas E. Diagram

regangan untuk baja lunak memiliki titik leleh atas ( upper yield point ), σyu dan

daerah leleh datar. Secara praktis, letak titik leleh atas ini, A’ tidaklah terlalu

berarti sehingga pengaruhnya sering diabaikan. Titik A’ sering juga disebut

sebagai titik batas elastis ( elasticity limit ). Sampai batas ini bila gaya tarik

dikerjakan pada batang baja maka batang tersebut akan berdeformasi. Selanjutnya

bila gaya itu dihilangkan maka batang akan kembali ke bentuk semula. Dalam hal

ini batang tidak mengalami deformasi permanen.

Bila beban yang bekerja bertambah, maka akan terjadi pertambahan

regangan tanpa adanya pertambahan tegangan. Sifat pada daerah AB inilah yang

disebut sebagai keadaan plastis. Lokasi titik B, yaitu titik batas plastis.

Daerah BC merupakan daerah strain hardening, dimana pertambahan

regangan akan diikuti dengan sedikit pertambahan tegangan. Disamping itu,

hubungan tegangan dengan regangannya tidak lagi bersifat linier. Kemiringan

garis setelah titik B ini didefenisikan sebagai Ez. Di titik M, yaitu regangan

berkisar antara 20 % dari panjang batang, tegangannya mencapai nilai maksimum

yang disebut sebagai tegangan tarik batas ( Ultimate tensile strength ). Akhirnya

(23)

Tegangan leleh adalah tegangan yang terjadi pada saat baja mulai meleleh.

Dalam kenyataannya, sulit untuk menentukan besarnya tegangan leleh, sebab

perubahan dari elastisitas menjadi plastis seringkali besarnya tidak tetap.sebagai

standar menentukan besarnya tegangan leleh dihitung dengan menarik garis

sejajar dengan sudut kemiringan modulus elastisitasnya, dari regangan sebesar

0.2 %.

Harga konstanta – konstanta diatas untuk baja structural adalah :

• Modulus Elastisitas E = 2,1 x 106 kg/cm²

• Modulus Geser G = 0,81 x 106 kg/cm²

• Angka Poison μ = 0,30

• Koefisien Muai α1 = 12 x 10-6 per º C

Sifat fisik batangan tulangan baja yang paling penting, untuk digunakan

dalam

perhitungan perencanaaan beton bertulangan adalah tegangan leleh (fc) dan

modulus elastiisitas (E). Tegangan leleh (titik leleh) baja ditentukan melalui

prosedur pengujian standar sesuai dengan SII 0136-84, dengan ketentuan bahwa

tegangan leleh adalah tegangan baja pada saat meningkatnya tegangan tidak

disertai lagi dengan peningkatan regangannya. Didalam perencanaan atau analisis

beton bertulang pada umumnya nilai tegangan leleh baja tulangan diketahui atau

ditentukan pada awal perhitungan.

Disamping usaha standarisasi yang telah dilakukan masing – masing

negara produsen baja, kebanyakan negara produsen baja pada dewasa ini masih

(24)

baja tulangan dan baja struktur telah diatur sesuai dengan Standard Industri

Indonesia.

Tabel 2.1 Daftar tegangan dari beberapa jenis baja

Jenis Baja Tegangan Leleh (

σ

1)

(kg/cm²)

Tegangan Ultimate (

σ

u)

(kg/cm²)

Bj 34 2100 3400

Bj 37 2400 3700

Bj 41 2500 4100

Bj 44 2800 4400

Bj 50 2900 5000

Bj 52 3600 5200

Baja merupakan bahan struktur yang sangat luas penggunaannya, sehingga

harus memenuhi standar yang telah ditetapkan. Menurut sifatnya baja merupakan

bahan yang keseragamannya dari komposisinya sangat baik dan homogenitasnya

sangat tinggi terutama Fe (Ferum) dalam bentuk Kristal dan zat arang (C), dalam

pembersihan kristalnya melalui panas yang tinggi serta proses selanjutnya,

kemudian akan diperoleh besi kasar dari dapur pemroses (tanur tinggi). Untuk

menjamin daktilitas dari baja, maka persentase maksimum dari zat arang, posfor

dan sulfur dibatasi. Pembatasan komposisi maksimum dari campuran tersebut

adalah 1,7 % zat arang(C) ; 1,65 % Mangan (Mn) ; 0,6 % Silikjon ; 0,60 %

Tembaga (Cu).

Kekuatan baja ini tergantung kepada kadar karbon dan mangan yang

dikandungnya. Penambahan persentase karbin meningkatkan tegangan leleh tetapi

mengurangi daktilitas, sehingga sukar dilas. Pengelasan akan ekonomis dan

(25)

Gambar 2.2 Penentuan tegangan leleh.

Dari titik regangannya 0,2 % ditarik garis sejajar dengan garis OB

sehingga memotong grafik tegangan regangan dan memotong sumbu

tegangan.Tegangan yang diperoleh ini disebut dengan tegangan leleh.

Tegangan-tegangan leleh dari bermacam-macam baja bangunan diperlihatkan pada tabel 2.1

dibawah ini:

Kekuatan baja ini tergantung kepada kadar karbon dan mangan yang

dikandungnya. Penambahan persentase karbin meningkatkan tegangan leleh tetapi

mengurangi daktilitas, sehingga sukar dilas. Pengelasan akan ekonomis dan

memuaskan bila kandungan karbon baja tersebut tidak lebih dari 0,30 %.

Baja memiliki beberapa kelebihan sebagai bahan konstruksi, diantaranya :

• Nilai kesatuan yang tinggi per satuan berat

• Keseragaman bahan dan komposit bahan yang tidak berubah terhadap

waktu

• Dengan sedikit perawatan akan didapat masa pakai yang tidak terbatas

• Daktilitas yang tinggi

C 0

0.002 0.004

ε

D B

CD//OB

(26)

• Mudah untuk diadakan pengembangan struktur

Disamping itu baja juga mempunyai kekurangan dalam hal :

• Biaya perawatan yang besar

• Biaya pengadaan anti api yang besar ( fire proofing cost )

• Dibandingkan dengan kekuatannya kemampuan baja melawan tekuk kecil

• Nilai kekuatannya akan berkurang, jika dibebani secara berulang /

periodik, hal ini biasanya disebut dengan leleh atau fatigue.

Semua bahan bangunan yang telah dikenal dan dipakai dalam konstruksi pada

umumnya mempunyai beberapa kekurangan bila dibandingkan dengan bahan

baja, seperti misalnya kayu (terlalu lemah), batu (terlalu besar volumenya), tanah

liat dan bagian-bagian pohon (terlalu temporer) atau kurang mempunyai daya

tahan terhadap kekuatan tarik dan terlalu getas terhadap benturan (batu dan

beton). Disamping kekuatannya yang besar untuk menahan kekuatan tarik dan

tekan tanpa membutuhkan banyak volume baja juga mempunyai sifat-sifat lain

yang menguntungkan sehingga menjadikannya sebagai salah satu bahan bangunan

yang sangat umum dipakai dewasa ini. Penjelasan singkat tentang beberapa

sifat-sifat baja akan diutarakan berikut ini:

1. Kekuatan Tinggi

Dewasa ini baja diproduksi dengan berbagai kekuatan yang bisa

dinyatakan dengan kekuatan tegangan tekan lelehnya Fy atau oleh

tegangan tarik batas Fu. Bahan baja walaupun dari jenis yang paling

rendah kekuatannya tetap mempunyai perbandingan kekuatan per volume

(27)

umum dipakai. Hal ini memungkinkan perencanaan sebuah konstruksi

baja bisa mempunyai beban mati yang yang lebih kecil untuk bentang

yang lebih panjang, sehingga memberikan kelebihan ruang dan volume

yang dapat dimanfaatkan akibat langsingnya profil yang dipakai.

2. Kemudahan Pemasangan

Semua bahan-bahan baja bisa dipersiapkan di bengkel. Sehingga

satu-satunya kegiatan yang dilakukan di lapangan adalah kegiatan

pemasangan bagian-bagian konstruksi yang telah dipersiapkan. Sebagian

besar dari komponen-komponen konstruksi mempunyai bentuk standard

yang siap dan bisa diperoleh di toko-toko besi, sehingga waktu yang

diperlukan untuk membuat bagian-bagian konstruksi baja yang telah ada

juga bisa dilakukan dengan mudah karena komponen-komponen baja

biasanya mempunyai bentuk standard dan sifat-sifat yang tertentu dan

mudah diperoleh dimana-mana.

3. Keseragaman

Sifat-sifat dari baja, baik sebagai bahan bangunan maupun dalam bentuk

struktur terkendali dengan baik sekali, sehingga dapat diharapkan

elemen-elemen dari struktur bisa berprilaku sesuai dengan yang diduga dalam

perencanaan. Dengan demikian bisa dihindari terdapatnya proses

pemborosan yang biasanya terjadi dalam perencanaan akibat adanya

(28)

4. Daktilitas

Sifat dari baja yang mengalami deformasi yang besar di bawah pengaruh

tegangan tarik yang tinggi tanpa hancur atau putus disebut sifat daktilitas.

Adanya sifat ini membuat struktur baja mampu mencegah terjadinya

proses robohnya bangunan secara tiba-tiba. Sifat ini sangat

menguntungkan ditinjau dari sudut keamanan penghuni bangunan bila

terjadi suatu goncangan yang tiba-tiba, seperti misalnya pada peristiwa

gempa bumi.

Disamping itu masih ada juga keuntungan lain yang dapat kita

peroleh dari struktur baja, seperti:

1. Proses pemasangan di lapangan berlangsung cepat.

2. Profil baja dapat dilas.

3. Komponen-komponen strukturnya bisa digunakan lagi untuk keperluan

lainnya.

4. Komponen-komponen yang sudah tidak dapat digunakan lagi masih

mempunyai nilai sebagai besi tua.

5. Struktur yang dihasilkan bersifat permanen dengan cara pemeliharaan

yang tidak terlalu sukar.

Di samping keuntungan-keuntungan tersebut, bahan baja juga mempunyai

kelemahan-kelemahan sebagai berikut:

1. Komponen-komponen struktur yang dibuat dari bahan baja perlu

diusahakan supaya tahan api sesuai dengan peraturan yang berlaju

(29)

2. Diperlukannya suatu biaya pemeliharaan untuk mencegah baja dari

bahaya karat.

3. Akibat kemampuannya menahan tekukan pada batang-batang yang

langsing, walaupun dapat menahan gaya-gaya aksial, tetapi tidak bisa

mencegah terjadinya pergeseran horizontal.

Perlu diperhatikan bahwa pada suhu yang tinggi seperti yang terdapat bila

terjadi kebakaran pada bangunan, kekuatan dari struktur baja akan menurun

secara drastis dan untuk mencegah supaya bangunan tidak roboh secara tiba-tiba,

struktur baja harus dilindungi dengan bahan tahan api atau dengan cara-cara

perlindungan lainnya yang sejenis. Cara umum untuk melindungi konstruksi baja

dari bahaya api adalah dengan melapisinya kurang lebih setebal 1 inchi dengan

campuran semen, adukan beton, atau dengan lapisan lain dari bahan yang tahan

api seperti gips atau bahan lainnya.

C. Bentuk – Bentuk Baja Profil

Ada 2 macam bentuk profil baja yang berdasarkan cara pembuatannya,

yaitu:

a. Hot rolled shapes: Disini profil baja dibentuk dengan cara blok-blok baja

yang panas diproses melalui rol-rol dalam pabrik. Hot rolled shapes ini

mengandung tegangan residu (residual stress). Jadi sebelum batang

dibebani pun sudah ada residual stress yang berasal dari pabrik.

b. Cold formed shapes: Profil semacam ini dibentuk dari pelat-pelat yang

sudah jadi, menjadi profil baja dengan temperatur atmosfir (dalam keadaan

(30)

profil disini tebalnya kurang dari 3/16 inch. Profil macam ini ringan dan

sering disebut sebagai light gage form steel.

Terdapat banyak jenis bentuk profil baja struktural yang tersedia di

pasaran. Semua bentuk profil tersebut mempunyai kelebihan dan kelemahan

tersendiri. Beberapa jenis profil baja yang dipakai dalam penulisan Tugas Akhir

ini adalah profil profil siku (L), C dan IWF

Profil siku atau profil L adalah profil yang sangat cocok untuk digunakan

sebagai bracing dan batang tarik. Profil ini biasa digunakan secara gabungan,

yang lebih dikenal sebagai profil siku ganda. Profil ini sangat baik untuk

digunakan pada struktur truss.

Profil C atau kanal mempunyai karakteristik flens pendek, yang

mempunyai kemiringan permukaan dalam sekitar 1 : 6. Aplikasinya biasanya

digunakan sebagai penampang tersusun, bracing tie, ataupun elemen dari bukan

rangka (frame opening).

Profil IWF terutama digunakan sebagai elemen struktur balok dan kolom.

Semakin tinggi profil ini, maka semakin ekonomis untuk banyak aplikasi..

1. Sumbu Utama

Sumbu utama adalah sumbu yang menghasilkan inersia maksimum atau

minimum. Sumbu yang menghasilkan inersia maksimum dinamakan sumbu kuat,

dan yang menghasilkan inersia minimum disebut sumbu lemah. Sumbu simetri

suatu penampang selalu merupakan sumbu utama, namun sumbu utama belum

(31)

X

X Y

B

A B

A

Y X

X

Y

X

Y

X Y

X

(A) Profil Siku (B) Profil C (C) Profil IWF

Gambar 2.3. Sumbu Utama Profil

Untuk profil siku gambar 2.3 bukan sumbu simetri dan bukan sumbu

utama. Sumbu – sumbu utama profil siku adalah sumbu A-A (sumbu kuat) dan

sumbu B-B (sumbu lemah). Sumbu X-X dan Y-Y untuk profil C dan profil IWF

pada gambar 2.3 adalah sumbu simetri, karenanya sumbu-sumbu tersebut

merupakan sumbu utama. Sumbu X-X dan Y-Y.

2. Sumbu bahan dan sumbu bebas bahan

Sumbu bahan adalah sumbu yang memotong semua elemen bahan,

sedangkan sumbu bebas bahan adalah yang sama sekali tidak memotong elemen

bahan atau hanya memotong sebagian elemen bahan. Sumbu X-X untuk gambar

2.4 adalah sumbu bahan. Sedangkan sumbu Y-Y adalah sumbu bebas bahan. Pada

profil siku ganda yang disusun saling membelakangi, inersia arah sumbu Y (Iy)

dipastikan akan selalu bernilai lebih besar (lebih dominan) daripada inersia arah

(32)

Gambar 2.4. Sumbu Bahan dan Sumbu Bebas Bahan Profil D. Jenis - Jenis Pembebanan

Beban adalah gaya luar yang bekerja pada suatu struktur. Penentuan secara

pasti besarnya beban yang bekerja pada suatu struktur selama umur layannya

merupakan salah satu pekerjaan yang cukup sulit. Dan pada umumnya penentuan

besarnya beban hanya merupakan suatu estimasi saja. Meskipun beban yang

bekerja pada suatu lokasi dari struktur dapat diketahui secara pasti, namun

distribusi beban dari elemen ke elemen, dalam suatu struktur umumnya

memerlukan asumsi dan pendekatan. Jika beban – beban yang bekerja pada

struktur telah diestimasi, maka masalah berikutnya adalah menentukan kombinasi

kombinasi beban yang paling dominan yang mungkin bekerja pada struktur

tersebut. Besar beban yang bekerja pada suatu struktur diatur oleh peraturan

pembebanan yang berlaku, sedangkan masalah dari kombinasi beban – beban

yang bekerja telah diatur dalam SNI 03-1729-2002 pasal 6.2.2.

Beberapa jenis pembebanan antara lain :

1. Beban Mati

Beban mati adalah berat dari semua bagian suatu gedung / bangunan yang

bersifat tetap selama masa layan struktur, termasuk unsur-unsur tambahan,

finishing, mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian tak

terpisahkan dari gedung/bangunan tersebut. Termasuk dalam beban ini adalah

berat struktur, pipa - pipa , saluran listrik , AC, penutup lantai dan plafon.

Beberapa contoh berat dari beberapa komponen bangunan penting yang

digunakan untuk menentukan besarnya beban mati dari suatu gedung /

(33)

Bahan Bangunan Berat

• Baja 7850 kg/m3

• Beton 2200 kg/m3

• Beton Bertulang 2400 kg/m3

• Kayu (kelas I) 1000 kg/m3

• Pasir (kering udara) 1600 kg/m3

Komponen Gedung Berat

• Spesi dari semem per cm tebal 21 kg/m3

• Dinding batu bata ½ batu 250 kg/m3

• Penutup atap genting 50 kg/m3

• Pentup lantai ubin semen per cm tebal 24 kg/m3

Beban mati yang terdapat pada struktur menara air adalah berat tangki

pelat baja dan berat air sebesar 25 m3

2. Beban Hidup

Beban hidup adalah beban gravitasi yang bekerja pada struktur dalam masa

layannya, dan timbul akibat penggunaan suatu gedung. Termasuk beban ini

adalah berat manusia, perabotan yang dapat dipindah-pindahkan, kendaraan

dan barang-barang lainnya. Karena besar dan lokasi beban yang senantiasa

berubah-ubah, maka penentuan beban hidup secara pasti adalah merupakan

suatu hal yang cukup sulit.

(34)

Kegunaan Bangunan Berat

• Lantai dan tangga rumah sederhana 125 kg/m3

• Lantai dan tangga kantor, hotel & Rumahsakit 250 kg/m3

• Lantai ruang olahraga 400 kg/m3

• Lantai pabrik, gudang, bengkel & perpustakaan 400 kg/m3

• Lantai gedung parkir bertingkat 800 kg/m3

3. Beban Angin

Beban angin adalah beban yang bekerja pada struktur akibat tekanan –

tekanan dari gerakan angin, beban angin sangat tergantung dari lokasi dan

ketinggian struktur. Besarnya tekanan tiup harus diambil minimum sebesar 25

kg/m3 , kecuali untuk bangunan – banguanan berikut :

• Tekanan tiup ditepi laut hingga 5 km dari pantai harus diambil

minimum 40 kg/m2

• Untuk bangunan didaerah lain yang kemungkinan tekanan tiupnya

lebih dari 40 kg/m2, harus diambil P = V2/16 (kg/m2), dengan V

adalah kecepatan angin (m/s)

• Untuk cerobong, tekanan tiup dalam kg/m2 harus ditentukan

dengan rumus (42,5 + 0,6 h ), dengan h adalah tinggi cerobong

seluruhnya dalam meter.

Nilai tekanan tiup yang diperoleh dari hitungan di atas harus dikalikan dengan

suatu koefisien angin, untuk mendapatkan gaya resultan yang bekerja pada

(35)

4. Beban Gempa

Beban gempa adalah semua beban statik ekivalen yang bekerja pada struktur

akibat adanya pergerakan tanah oleh gempa bumi, baik pergerakan arah

vertikal maupun horizontal. Namun pada umumnya percepatan tanah arah

horizontal lebih besar daripada arah vertikalnya, sehingga pengaruh gempa

horizontal jauh lebih menentukan daripada gempa vertikal. Besarnya gaya

geser dasar (statik ekivalen) ditentukan berdasarkan persamaan

xWt R CxI V=

Dengan C adalah faktor respon gempa yang ditentukan berdasarkan lokasi

bangunan dan jenis tanahnya, I adalah faktor keutamaan gedung, R adalah

faktor reduksi gempa yang tergantung pada jenis struktur yang bersangkutan,

(36)

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Data Umum Struktur Rangka Baja

Penulis menyajikan aplikasi struktur rangka batang menara air,

perhitungan mekanika dilakukan dengan metode analitis (Kesetimbangan Titik

Buhul), analisis struktur baja dilakukan dengan memakai metode ASD (Allowable

Stress Design)

Data khusus diasumsikan :

Rangka batang yang akan dipakai menggunakan profil:

- Profil 2L

- Profil 2C

(37)

B. Perencanaan Pembebanan

Ada beberapa hal yang diasumsikan penulis pada pembebanan yaitu:

1. Berat sendiri (beban mati)

- Rangka tangki menggunakan profil L 50.50.5 dengan berat profil 3,77

kg/m.

- Tebal pelat tangki diambil 10 mm.

- Tutup tangki dianggap senyawa dengan pelat atas tanki.

2. Beban angin (beban hidup)

- Angin diasumsikan menerpa bidang menara air secara tegak lurus, maka

digunakan PMI 1983 untuk perhitungan bebannya yaitu:

Diasumsikan tekanan angin sebesar 40 kg/cm2.

(38)

C. Metode Analisis Rangka Menara

Dalam hal menghitung gaya gaya dalam, tegangan, perpindahan

pada suatu struktur harus ditetapkan suatu model analitik yang menyatakan

perilaku struktur akibat beban luar yang bekerja. Suatu model yang dapat diterima

harus menggambarkan perilaku fisik dari suatu struktur yang ada tetapi mudah

atau sederhana untuk dianalisis. Itulah dasar asumsi analisis yang akan menjamin

model yang mengatakan problem peninjauan, idealisasi dan pendekatan yang

memberi hasil pada suatu solusi yang sederhana.

1. Perencanaan Rangka Menara

Dalam merencanakan suatu rangka menara harus diketahui besarnya beban

yang bekerja pada menara. Dalam penulisan tugas akhir ini yang harus

diperhatikan agar dapat menentukan dimensi rangka menara adalah gaya gaya

batang akibat berat sendiri dan akibat angin sebagaimana tersebut di bawah ini.

Gaya batang akibat berat sendiri dan angin dapat dihitung dengan metode

sebagai berikut;

1. Metode Analitis (Metode Kesetimbangan Titik Buhul)

2. Metode Grafis (Metode Cremona)

3. Metode Analitis dan Grafis (Metode Ritter)

1. Metode Analitis (Kesetimbangan Titik Buhul)

Pada konstruksi rangka keadaan pada tiap tiap titik buhul harus

setimbang. Dalam perhitungan titik buhul mempunyai langkah kerja

(39)

a. Setiap titik buhul harus dipisahkan.

b. Titik buhul harus dalam keadaan setimbang akibat beban luar dan

gaya dalam yang bekerja pada titik itu.

c. Beban luar dan gaya batang berpotongan di titik buhul tersebut.

Maka untuk menghitung gaya gaya yang belum diketahui

digunakan dalil ∑H = 0 dan ∑V = 0.

d. Dalam menyelesaikan langkah pada point 3 harus dibuat suatu

ketentuan yaitu:

1) Gaya batang yang menuju titik buhul dinyatakan dengan tanda

negatif.

2) Gaya batang yang meninggalkan titik buhu dinyatakan dengan

tanda positif.

Dari ketentuan diatas didapat dua persamaan dan gaya gaya batang

yang tidak diketahui dalam satu titik buhul adalah dua gaya batang.

2. Metode Grafis (Metode Cremona)

Dalam perhitungan gaya gaya batang dengan metode Cremona,

langkah langkah yang ditempuh adalah:

a. Hitung gaya reaksi akibat beban luar.

b. Perhatikan dan hitung panjang batang dan sudutnya.

c. Buat gambar induk dari konstruksi dengan skala panjang.

d. Dalam skala gaya tertentu, gambarkan juga gaya gaya luar dan

reaksi dengan syarat harus menutup.

1)Urutan penyusunan gaya gaya dibuat konsisten searah putaran

(40)

2)Melukis segi banyak gaya gaya harus dilakukan per titik buhul.

3)Ketentuan tanda:

a)Meninggalkan titik buhul diberi tanda positif.

b)Menuju titik buhul diberi tanda negatif.

3. Metode Analitis dan Grafis (Metode Ritter)

Dalam perhitungan gaya gaya batang dengan metode Ritter, langkah

langkah yang ditempuh adalah:

a. Hitung gaya gaya reaksi akibat beban luar.

b. Hitung panjang dan sudut batang.

c. Dalam perhitungan metode Ritter jumlah gaya batang yang belum

diketahui adalah tiga gaya batang.

d. Untuk menghitung salah satu gaya batang yang dicari, digunakan

dalil momen terhadap titik potong kedua gaya yang belum

diketahui. Dalam hal ini maka jumlah momen kedua gaya batang

yang belum diketahui adalah nol sehingga kita mendapatkan suatu

persamaan dimana gaya batang sedang dicari menjadi satu satunya

gaya yang belum diketahui.

e. Dalam mengerjakan langkah pada point 4, dibuat suatu ketentuan,

yaitu:

1) Gaya gaya batang yang belum diketahui dianggap gaya tarik.

2) Dalam pengambilan jumlah momen terhadap suatu titik searah

putaran jarum jam dianggap positif (+) dan Yang berlawanan

(41)

3) Jika dalam perhitungan Ritter dikerjakan pada sebelah kiri

maka dalam pengambilan jumlah momen semua gaya gaya di

sebelah kiri harus selalu diperhitungkan dan sebaliknya jika

dikerjakan pada sebelah kanan maka dalam pengambilan

jumlah momen semua gaya gaya disebelah kanan harus selalu

diperhitungkan.

2. Rangka Batang Menara Air

Rangka menara air dibentuk oleh susunan rangka - rangka batang

yang terdiri dari :

1. Batang vertikal

2. Batang horizontal

3. Batang diagonal

Rangka batang - batang tersebut direncanakan sedemikian rupa

sehingga didapat suatu profil yang cukup kuat dan aman.

3. Stabilitas Terhadap Rangka Batang

Untuk stabilitas terhadap rangka batang harus memenuhi syarat

batas menurut PPBBI :

a. Batang Tarik

1) Tegangan rata-rata pada batang tarik didapat dari gaya tarik yang

bekerja dibagi luasan penampang bersih. Tegangan tersebut harus

tidak boleh lebih besar dari tegangan dasar untuk penampang tidak

berlobang, dan tidak boleh lebih besar dari 0,75 kali tegangan dasar

(42)

2) Kelangsingan batang tarik baja profil untuk konstruksi utama harus

lebih kecil dari 240, untuk konstruksi sekunder harus lebih kecil dari

300.

b. Batang Tekan

1) Batang tekan prismatic tersusun dihubungkan dengan plat kopel

a) Batang-batang yang tersusun yang terdiri dari beberapa elemen

yang disatukan pada seluruh panjangnya boleh dihitung sebagai

batang tunggal.

b) Pada batang tersusun yang terdiri dari beberapa elemen yang

dihubungkan pada tempat-tempat tertentu harus dihitung

kekuatannya terhadap sumbu bahan ( x – x ) dan sumbu bebas

bahan ( y – y ).

c) Kelangsingan pada arah tegak lurus sumbu ( x – x ) dihitung

dengan persamaan :

x kx x

I L =

λ

Dimana :

Lkx = Panjang tekuk batang tersusun pada arah tegak lurus sumbu

(x-x) dengan memperhatikan penopang-penopang samping

yang ada dan ujung-ujung batang.

Ix = Jari-jari kelembaban dari batang tersusun terhadap sumbu

(x–x)

d) Pada arah tegak lurus sumbu bebas bahan ( y – y ) harus dihitung

(43)

λiy =

2 2

y ( i)

2 m )

(λ + λ

λy =

y ky i L

λi =

min i

L_i

dimana :

m = jumlah tunggal yang membentuk batang tersusun

Lky = panjang tekuk batang tersusun pada arah tegak lurus

sumbu (y-y), dengan memperhatikan

penopang-penopang samping yang ada dan ujung-ujung batang

iy = jari-jari kelembaban dari batang tersusun terhadap sumbu

(y-y)

L1 = jarak antara tengah-tengah plat kopel pada arah batang

tekan

imin = jari-jari kelembaban batang tunggal terhadap sumbu yang

memberikan harga yang kecil.

e) Kelangsingan batang tekan harus lebih kecil atau sama dengan

200

2) Batang tekan harus direncanakan sedemikian rupa sehingga

terjamin stabilitasnya (tidak ada bahaya tekuk), hal ini harus

diperhatikan dengan menggunakan persamaan :

ω .

F N

≤ σ

(44)

dimana :

N = Gaya tekan batang tersebut

F = Luas Penampang

σ = Tegangan dasar dari baja

ω = faktor tekuk yang tergantung dari kelangsingan (λ) dan

(45)

BAB IV

PEMBAHASAN

A. Berat Sendiri

1. Berat Air

Volume air = 25 m³

Berat Air = 25 m³ x 1000 kg/m³ = 25 Ton

2. Berat Rangka Tangki

a. Berat Rangka Tangki

Keterangan:

Rangka tangki memakai profil L 50 50 5 dengan berat profil = 3,77 kg/m’

Panjang bentang diagonal dinding plat tangki

l² = 3,5² + 2,5²

l = 3,52 +2,52

l = 4,3 m

Panjang batang diagonal pelat datar tangki

l² = 3,5² + 3,5²

l = 3,52 +3,52

(46)

3,50 x 3.77 x 4 x 2 = 105,56 kg

2,50 x 3,77 x 4 = 37,70 kg

4,30 x 3,77 x 4 = 64,844 kg

4,95 x 3,77 x 1 = 18,662 kg

Berat Rangka Tangki = 226,766 kg

= 0,2277 Ton

b. Berat pelat tangki dengan tebal 10 mm = 0,01 m

Keterangan :

Tutup tangki dianggap senyawa dengan pelat atas tangki

Pelat dinding tangki = 2,5 x 3,5 x 0,01 x 7,85 x 4 = 2,7475 T

Pelat datar tangki = 3,5 x 3,5 x 0,01 x 7,85 x 2 = 1,9233 T

= 4,6698 T

c. Berat ikutan/manusia (P) = 100 kg = 0,1 T

Jadi Berat Sendiri total

= Berat air + berat rangka tangki + berat pelat tangki + berat ikutan

= 25 + 0,2277 + 4,6698 + 0,1

= 29,9975 Ton ≈ 30 Ton

Jadi Berat sendiri tiap titik (P) =

4

ritotal Beratsendi

= 4 30

(47)

P = 7,5 T P = 7,5 T

A C F

I J

B

E H

K

G

D

1 2 3

4 5

15 16

11 12

8 7 6

9 10

13 14

18 17

P = 7,5 T

I

S3 S4

P = 7,5 T

K

S6 S5

Tan α = 75 , 1

5

= 70,71 º

Titik I

Σ kx = 0 Σ ky = 0

S4 = 0 T S3 - P = 0

S3 = P = 7,5 T (tekan)

Titik K

Σ kx = 0 Σ ky = 0

S5 = 0 T S6 - P = 0

(48)

J

S18

S17

S4

S5

F

S2

S15 S3 S17

H

S7 S16

S6 S18

G S14 S13

S15 S16 Titik J

Σ kx = 0

S5 + S17cos α – S18cos α – S4 = 0

S17 = 0

S18 = 0

Titik F

Σ kx = 0 Σ ky = 0

S15 –S17cos α = 0 S2 - S3 - S17sin α = 0

S15 = 0 T S2 = S3 = 7,5 T (tekan)

Titik H

Σ kx = 0 Σ ky = 0

S17cos α – S16 = 0 S7 - S6 - S18 sin α = 0

S16 = 0 T S7 = S6 = 7,5 T (tekan)

Titik G

Σ kx = 0

S16 + S13cos α – S14cos α – S15 = 0

S13 = 0 T

(49)

C

S1

S11 S2 S13

E

S8 S12

S7 S14

D

S10 S9

S11 S12

Titik C

Σ kx = 0 Σ ky = 0

S11 –S13cos α = 0 S1 – S2 - S13sin α = 0

S11 = 0 T S1 = S2 = 7,5 T (tekan)

Titik E

Σ kx = 0 Σ ky = 0

S14cos α – S12 = 0 S8 – S7 - S14sin α = 0

S16 = 0 T S8 = S7 = 7,5 T (tekan)

Titik D

Σ kx = 0

S12 + S9cos α – S10 cos α – S11 = 0

S9 = 0 T

(50)

Tabel 4.1 Gaya Batang Akibat Berat Sendiri pada Jumlah Medan (n) = 3

No Batang

Gaya Batang (ton) Tekan Tarik

[image:50.595.197.428.436.753.2]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 7,5 7,5 7,5 - - 7,5 7,5 7,5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Tabel 4.2 Gaya Batang Akibat Berat Sendiri pada Jumlah Medan (n) = 4

No Batang

(51)

[image:51.595.196.428.130.519.2]

No

Batang

(52)

[image:52.595.198.427.125.694.2]

No Batang

(53)

[image:53.595.196.428.114.735.2]

Tabel 4.5 Gaya Batang Akibat Berat Sendiri pada Jumlah Medan (n) = 9

No Batang

(54)

P1 P2

P1

P3

P1 + P2

P1

P3

1,6 1,2

B. Akibat Berat Angin

1. Berat Angin Kiri

Asumsi

a. Angin menerpa menara tangki secara tegak lurus,maka digunakan

Pedoman Perencanaan Untuk Rumah dan Gedung 1987

b. Angin terhadap tangki didistribusikan ke titik buhul paling atas menara

c. Tekanan angin (W) dari Pedoman Perencanaan Untuk Rumah dan Gedung

1987 diambil 40 kg/m²

d. P1 = Beban angin terhadap rangka menara

(55)

A C F I _J B

E

H

K G D 1 2 3 4 5 15 16 11 12

8

7

6

9 10 13 14 18 17

P1 + P2

P1

P3

P3 = Beban angin terhadap belakang menara

P1 =

6 xLuas 30 ginx xtekananan 6 ,

1 00

= 6 15 5 , 3 30 40 6 ,

1 x x 00x x

= 168 kg = 0,168 T

P2 =

2 6

,

1 xtekanananginxLuas x 15 25 , 16 = 2 5 , 2 5 , 3 30 40 6 ,

1 x x 00x x

x 1,083

= 303,334 kg = 0,3034 T

P3 =

6 xLuas 30 ginx xtekananan 2 ,

1 00

= 6 15 5 , 3 30 40 2 ,

1 x x 00x x

(56)

I

S3 S4 P=0,4714

K

S6

S5

P=0,126

J

S18

S17

S4

S5

Titik I

Σ kx = 0 Σ ky = 0

P - S4 = 0 S3 = 0 T

S4 = P

S4 = 0,4714 T (tekan)

Titik K

Σ kx = 0 Σ ky = 0

P - S5 = 0 S6 = 0

S5 = P3

S5 = 0,126 T (tarik)

Titik J

Σ kx = 0

S4 + S5 - S17cos α – S18cos α = 0

S17cos α + S18cos α = S4 + S5

S17cos α + S18cos α = 0,4714 + 0,126

S17 + S18 = α cos

597 , 0

S17 = 0,9042 T (tarik)

(57)

F

S2

S15 S3 S17

P=0,168

H

S7 S16

S6 S18

P=0,126

G

S14

S13

S15

S16

Titik F

Σ kx = 0 Σ ky = 0

P + S17cos α – S15 = 0 S17sin α - S2 = 0

S15 = 0,168 + 0,9042 cos α S2 = 0,9042 sin α

S15 = 0,4667 T (tekan) S2 = 0,8534 T (tekan)

Titik H

Σ kx = 0 Σ ky = 0

P + S18cos α – S16 = 0 S7 - S18sin α = 0

S16 = 0,126 + 0,9042 cos α S7 = 0,9042 sin α

S16 = 0,4247 T (tarik) S2 = 0,8534 T (tekan)

Titik G

Σ kx = 0

S15 + S16 - S13cos α – S14cos α = 0

S13cos α + S14cos α = S15 + S16

S13 cos α + S14cos α = 0,4667 + 0,4247

S13 + S14 = α cos

8914 , 0

S13 = 1,349 T (tarik)

(58)

C

S1

S11 S2 S13

P=0,168

E

S8 S12

S7 S14

P=0,126

D S10 S9

S11 S12

Titik C

Σ kx = 0 Σ ky = 0

P + S13cos α – S11 = 0 S13sin α + S2 – S1 = 0

S11 = 0,168 + 1,349 cos α S1= 1,349 sin α + 0,8534

S11 = 0,6136 T (tekan) S1 = 2,1267 T (tarik)

Titik E

Σ kx = 0 Σ ky = 0

P + S14cos α – S12 = 0 S8 - S14sin α – S7 = 0

S12 = 0,126 + 1,349 cos α S8= 1,349 sin α + 0,8534

S12 = 0,5716 T (tarik) S2 = 2,1267 T (tekan)

Titik D

Σ kx = 0

S11 + S12 – S9cos α – S10cos α = 0

S9cos α + S10cos α = 0,6136 + 0,5716

S13 + S14 = α cos

1852 , 1

S13 = 1,794 T (tarik)

(59)

[image:59.595.197.429.432.755.2]

Tabel 4.6 Gaya Batang Akibat Beban Angin Kiri pada Jumlah Medan (n) = 3

No Batang

Gaya Batang (ton) Tekan Tarik 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 - - - 0,4714 - - 0,8534 2,167 - 1,794 0,6136 - - 1,349 0,4667 - - 0,9042 2,1267 0,8534 - - 0,126 - - - 1,794 - - 0,5716 1,349 - - 0,4247 0,9042 -

Tabel 4.7 Gaya Batang Akibat Beban Angin Kiri pada Jumlah Medan (n) = 4

No Batang

(60)

[image:60.595.199.428.125.492.2]

No Batang

(61)

No Batang

(62)

Tabel 4.10 Gaya Batang Akibat Beban Angin Kiri pada Jumlah Medan (n) = 9

No Batang

(63)

P3 P2

P3

P3 P1

P1

P3 + P2

P3

P3 P1

P1

1,2 1,6

2. Berat Angin Kanan

Asumsi

a. Angin menerpa menara tangki secara tegak lurus,maka digunakan

Pedoman Perencanaan Untuk Rumah dan Gedung 1987

b. Angin terhadap tangki didistribusikan ke titik buhul paling atas menara

c. Tekanan angin (W) dari Pedoman Perencanaan Untuk Rumah dan Gedung

1987 diambil 40 kg/m²

d. P1 = Beban angin terhadap belakang menara

P2 = Beban angin terhadap dinding tangki

(64)

C F I _J B

E

H

K G D 1 2 3 4 5 15 16 11 12

8

7

6

9 10 13 14 18 17

P3 + P2

P3

P3 P1

P1

P1 =

6 30 2

,

1 xtekanananginx 00xLuas

= 6 15 5 , 3 30 40 2 ,

1 x x 00x x

= 126 kg = 0,126 T

P2 =

2 6

,

1 xtekanananginxLuas x 15 25 , 16 = 2 5 , 2 5 , 3 30 40 6 ,

1 x x 00x x

x 1,083

= 303,334 kg = 0,3034 T

P3 =

6 30 6

,

1 xtekanananginx 00xLuas

= 6 15 5 , 3 30 40 6 ,

1 x x 00x x

(65)

I

S3

S4

P=0,126

K

S6 S5

P=0,4714

J

S18

S17

S4

S5

Titik I

Σ kx = 0 Σ ky = 0

S4 - P = 0 S3 = 0 T

S4 = P

S4 = 0,126 T (tarik)

Titik K

Σ kx = 0 Σ ky = 0

S5 - P = 0 S6 = 0

S5 = P

S5 = 0,471 T (tekan)

Titik J

Σ kx = 0

S17cos α + S18cos α - S4 - S5 = 0

S17cos α + S18cos α = 0,126 + 0,471

S17 + S18 = α cos

597 , 0

S17 = 0,9042 T (tekan)

(66)

F

S2

S15

S3 S17

P=0,126

H

S7 S16

S6 S18

P=0,168

G S14 S13

S15 S16 Titik F

Σ kx = 0 Σ ky = 0

S15 - P - S17cos α = 0 S2 – S3 -S17sin α = 0

S15 = 0,126 + 0,9042 cos α S2 = 0,9042 sin α

S15 = 0,4247 T (tarik) S2 = 0,8534 T (tekan)

Titik H

Σ kx = 0 Σ ky = 0

S16 - P - S18cos α = 0 S18sin α - S7 = 0

S16 = 0,168 + 0,9042 cos α S7 = 0,9042 sin α

S16 = 0,4667 T (tekan) S2 = 0,8534 T (tarik)

Titik G

Σ kx = 0

S13cos α + S14cos α - S15 - S16 = 0

S13cos α + S14cos α = S15 + S16

S13cos α + S14cos α = 0,4247 + 0,4667

S13 + S14 = α cos

8914 , 0

S13 = 1,349 T (tekan)

(67)

C

S1

S11 S2 S13

P=0,126

E

S8 S12

S7 S14

P=0,168

D S10 S9

S11 S12 Titik C

Σ kx = 0 Σ ky = 0

S11 - P - S13cos α = 0 S1 - S2 - S13sin α = 0

S11 = 0,126 + 1,349 cos α S1= 1,349 sin α + 0,8534

S15 = 0,5716 T (tarik) S1 = 2,1267 T (tekan)

Titik E

Σ kx = 0 Σ ky = 0

S12 - P - S14cos α = 0 S7 - S8 + S14sin α – = 0

S12 = 0,168 + 1,349 cos α S8= 1,349 sin α + 0,8534

S12 = 0,6136 T (tekan) S2 = 2,1267 T (tarik)

Titik D

Σ kx = 0

S9cos α + S10cos α - S11 - S12 = 0

S9cos α + S10cos α = 0,5716 + 0,6136

S13 + S14 = α cos

1852 , 1

S13 = 1,794 T (tekan)

(68)

Tabel 4.11 Gaya Batang Akibat Beban Angin Kanan pada Jumlah Medan (n) = 3

No Batang

Gaya Batang (ton) Tekan Tarik 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 2,1267 0,8534 - - 0,4714 - - - 1,794 - - 0,6136 1,349 - - 0,4667 0,9042 - - - - 0,126 - - 0,8534 2,167 - 1,794 0,5716 - - 1,349 0,4247 - - 0,9042

Tabel 4.12 Gaya Batang Akibat Beban Angin Kanan pada Jumlah Medan (n) = 4

No Batang

(69)

No Batang

(70)

No Batang

(71)

Tabel 4.15 Gaya Batang Akibat Beban Angin Kanan pada Jumlah Medan (n) = 9

No Batang

(72)

Tabel 4.16 Kombinasi Pembebanan pada Jumlah Medan (n) = 3

No Batang

Gaya Batang Akibat Angin Kiri (ton)

Gaya Batang Akibat Angin Kanan (ton)

Gaya Batang Akibat Berat sendiri (ton)

(73)

No Batang

(74)

No Batang

Gaya Batang Akibat Berat sendiri (ton)

(75)

No Batang

Beban Tetap (ton) tekan tarik tekan tarik tekan tarik tekan tarik

(76)

No Batang

Beban Tetap (ton)

tekan tarik tekan tarik tekan tarik Tekan tarik

(77)

2 100 100 10

C. Pendimensian Profil

Digunakan Profil 2 L

1. Untuk Jumlah Medan (n) = 3

a. Batang Vertikal

Dari batang vertikal/batang tegak yang ada (batang 1,2,3,6,7,8) diambil

yang mempunyai gaya batang paling besar. Diantara batang-batang

tersebut batang 1 dan batang 8 yang mempunyai gaya batang paling besar.

Beban Tetap Nt = 9,6267 x 10³ kg (tekan)

Lk = 500 cm

Syarat Batas

Taksir ω = 2,0

Fperlu ≥

1600 0 , 2 10 6267 ,

9 _x 3_x

Fperlu ≥ 12,033 cm²

Dicoba profil 2 L 100 100 10

F = 19,2 cm²

IX = IY = 177 cm4

Ix = iy = 3,04 cm

In = 73,3 cm4

ex = 2,82 cm

(78)

Kontrol tegangan tekan

Melentur ke sumbu bahan (X – X)

λx =

ix lk

= 04 , 3

500

= 164,74 ωx = 5,23

σx =

Ftotal Ntxωx

=

4 , 38

23 , 5 10 6267 ,

9 x 3x

= 1311,136 kg/cm² < 1600 kg/cm² ……..OK

Melentur ke sumbu masing-masing

λi =

min nxi

lk

≤ 50

n =

95 , 1 50

500

x = 5,128 ( ambil n = 7 )

λi =

95 , 1 7

500

x = 36,63

Melentur ke sumbu idiil

Iyt = 2 ( Iyo + F x a² )

a = ex + ½ δ dimana δ = 10 mm

= 2,82 + 0.5

= 3,32 cm

Iyt = 2 ( 177 + 19,2 x 3,322)

= 777,26 cm4

iyt =

xF Iyt

2 = 2 19,2

26 , 777

x = 4,499 cm

λyt = iyt

lk =

499 , 4

500

(79)

t

2a a a

c 3

3

pelat kopel

λiy = 2 i2

2 2

yt λ

λ + = 2 36,632

2 2 136 ,

111 +

= 117,017 ωiy = 2,643

σiy =

Ftotal iy

Ntxω

=

4 , 38

643 , 2 10 6267 ,

9 x 3x

= 662,59 kg/cm² < 1600 kg/cm² ……..OK

Pelat koppel

a) Stabilitas plat

a Ipl

2 ≥ 10 lk n In

lk/n = 500 7 = 71,429

2a = 2 x 3,32 = 6,64

64 , 6

3 12 1 _h _t

≥ 10

429 , 71

3 , 73

h3 t ≥ 817,67 taksir t = 5 mm = 0,5 cm

h ≥ 11,782 cm ambil h = 15 cm

b) Perhitungan Plat membujur

D = 0,02 x Nt

= 0,02 x 9,6267 x 103

(80)

3

3 2

2 sx = F x a

= 19,2 x 3,32

= 63,744 cm3

L =

Iyt n lk x DxS_X = 26 , 77 429 , 71 744 , 63 534 ,

192 x x

= 1127,859 kg

Keseimbangan momen

L x 2a = N x C

N = C a Lx2 = 7 64 , 6 859 , 1127 x

N = 1069,855 kg

c) Kontrol Pelat

Fn = 15 (0,5) – 2 (2) 0,5

= 5,5 cm2

In = 1/12 h3 t – 2 d (1/2 C)2 t

= 1/12 153 x 0,5 – 2 x 2 (1/2 7)2 x 0,5

= 116,25 cm4

Wn = h In

2

1 = ₁₅

25 , 116

2

1 = 15,50 cm

3

σm =

Wn NxC 2 1 = 50 , 15 7 855 , 1069 2

1 _x _x

= 241,580 kg/cm2

τd =

Fn L = 5 , 5 859 , 1127

= 205,065 kg/cm2

τi = 2 2

d

m τ

σ + = ₂₄₁_,₅₈₀2 ₂₀₅_,₀₆₅2

+

= 316, 880 kg/cm2 < 1600 kg/cm2 . . . OK

(81)

2 30 30 3 b. Batang horizontal

Dar