TUGAS AKHIR
PERENCANAAN RANGKA ATAP BAJA RINGAN
BERDASARKAN SNI 7971 : 2013
Disusun oleh:
IMMANIAR F. SINAGA
11 0404 079
Dosen Pembimbing:
Ir. Sanci Barus, M.T.
19520901 198112 1 001
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
ABSTRAK
Seiring dengan perkembangan zaman, baja ringan semakin populer digunakan pada konstruksi rangka atap. Hal ini dikarenakan baja ringan jauh lebih ekonomis dibandingkan dengan baja konvensional maupun kayu. Baja ringan juga memiliki segudang kelebihan yang sangat menguntungkan sebuah konstruksi. Tahun 2013, Badan Standar Nasional mengeluarkan SNI 7971 yaitu standar untuk perencanaan struktur baja ringan (canai dingin). Dengan adanya SNI ini, diharapkan suatu struktur baja ringan yang kuat dan berumur panjang.
Tugas Akhir ini akan membahas tentang perencanaan rangka atap baja ringan menggunakan SNI 7971:2013. Rangka atap didesain menggunakan dua material yang berbeda yaitu baja ringan dan baja konvensional, dengan luas dan tipe rangka atap yang sama. Berpedoman pada standar dan referensi yang ada, direncanakanlah masing-masing rangka atap dan dihitung biayanya. Kemudian hasil dari kedua jenis rangka atap akan dibandingkan.
Berdasarkan perencanaan yang dilakukan, akan ditarik kesimpulan yang menyajikan perbandingan berat dan biaya kedua jenis rangka atap. Diharapkan rangka atap baja ringan lebih ekonomis daripada rangka atap konvensional.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “ Perencanaan Rangka Atap Baja Ringan Berdasarkan SNI 7971:2013”. Penulisan Tugas Akhir ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Saya menyadari bahwatanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan Tugas Akhir ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikannya. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada:
1. Ir. Sanci Barus, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penulisan skripsi ini.
2. Ir. Torang sitorus, M.T., dan Nursyamsi, S.T., M.T., selaku dosen penguji yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan masukan-masukan yang membantu saya dalam penyusunan skripsi ini. 3. Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, M.Sc., selaku Ketua Departemen Teknik
Sipil Universitas Sumatera Utara.
4. Ir. Syahrizal, M.T., selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
5. Orang tua dan keluarga saya yang telah memberikan bantuan dukungan material dan moral;dan
6. Semua sahabat yang telah banyak membantu saya dalam menyelesaikan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwaTugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak/Ibu dosen serta rekan-rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata, penulis berharapTuhanYang Maha Esa berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga Tugas Akhir ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu.
Medan, Oktober 2015 Penulis,
Immaniar F. Sinaga 11 0404 079
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... ix DAFTAR NOTASI ... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 2 1.3 Tujuan ... 2 1.4 Pembatasan Masalah ... 2 1.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Umum ... 5
2.2.Baja Ringan (Cold-formed Steel) ... 6
2.3.Sejarah Baja Ringan (Cold-formed Steel) ... 7
2.4.Kelebihan dan Kekurangan Rangka Atap Baja Ringan ... 9
2.5.Detail Rangka Atap Baja Ringan ... 9
2.6.Spesifikasi Rangka Atap Baja Ringan ... 13
2.7.Lapisan Antikarat Baja Ringan (Coating) ... 14
2.8.Perencanaan Struktur Rangka Atap Baja Ringan ... 15
2.8.1. Pembebanan ... 15
2.8.2. Lebar Efektif Penampang ... 17 2.8.2.1.Lebar Efektif untuk Elemen Dengan Pengaku
tekan merata ... 18
b. Elemen dengan pengaku yang mengalami tekan merata dengan lubang lingkaran ... 19
c. Elemen dengan pengaku dengan tegangan bergradien ... 20
d. Pelat badan penampang kanal berlubang dengan tegangan bergradien ... 22
2.8.2.2.Lebar Efektif dari Elemen Tanpa Pengaku a. Elemen dengan pengaku yang mengalami tegangan tekan merata ... 23
b. Elemen tanpa pengaku dan pengaku tepi yang mengalami tegangan bergradien ... 24
2.8.2.3.Lebar efektif elemen yang mengalami tekan merata dengan pengaku tepi ... 27
2.8.2.4.Lebar efektif elemen dengan pengaku yang mengalami tekan merata dengan satu pengaku antara ... 29
2.8.2.5.Lebar efektif elemen dengan pengaku yang mengalami tekan merata dengan pengaku antara majemuk ... 31
2.8.2.6.Lebar efektif dengan pengaku tepi yang mengalami tekan merata dengan pengaku antara ... 35
2.8.2.7.Elemen busur tekan ... 36
2.8.3. Perencanaan Batang Tarik ... 36
2.8.4. Perencanaan Batang Tekan ... 38
2.8.5. Perencanaan Sambungan ... 40
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Pengumpulan Data ... 45
3.2. Metode Penelitian ... 46
3.3. Analisis Perhitungan ... 48
3.4. Konsep Perencanaan Struktur Rangka Atap ... 48
3.4.1. Rangka Atap Baja Ringan ... 48
3.4.2. Rangka Atap Baja Konvensional ... 54 BAB IV ANALISIS DESAIN STRUKTUR RANGKA ATAP
4.1. Perencanaan Rangka Atap Baja Ringan ... 59
4.1.1. Model Struktur... 59
4.1.2. Pembebanan Rangka Atap ... 60
a. Beban Mati ... 60
b. Beban Hidup ... 63
c. Beban Angin ... 63
d. Beban Hujan ... 64
4.1.3. Gaya Batang Maksimum ... 65
4.1.4. Perencanaan Struktur Rangka Atap ... 42
a. Batang Tarik Bawah (Bottom Chord)... 66
b. Batang Tarik Web ... 68
c. Batang Tekan Atas (Top Chord) ... 70
d. Batang Tekan Web ... 76
e. Batang Tekan Web Horizontal ... 82
4.1.5. Desain Sambungan Rangka Atap ... 90
4.2. Perencanaan Rangka Atap Baja Konvensional ... 101
4.2.1. Model Struktur... 101
4.2.2. Material... 102
4.2.3. Perencanaan Gording... 102
4.2.4. Pembebanan Rangka Atap ... 106
4.2.5. Gaya Batang Maksimum ... 112
4.2.6. Perencanaan Dimensi Struktur Rangka Atap ... 113
4.2.6.1 Batang Tarik ... 113
4.2.6.2 Batang Tekan ... 115
4.2.7. Perencanaan Sambungan Rangka Atap ... 119
4.2.8. Tabulasi Perencanaan Rangka Atap Konvensional ... 122
4.3. Komparasi Desain Rangka Atap ... 123
4.3.1 Perbandingan Komposisi Rangka Atap ... 123
4.3.2 Perbandingan Berat ... 125
4.3.3 Perbandingan Harga ... 128
4.3.4 Rekapitulasi Perbandingan Rangka Atap ... 128 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 129 5.2 Saran ... 129 DAFTAR PUSTAKA ... 130
DAFTAR TABEL
Hal.
Tabel 2.1. Nilai koefisien tekuk pelat ...28
Tabel 2.2. Faktor koreksi (kt) untuk elemen yang diarsir ...37
Tabel 2.3. Faktor tumpu (C) ...42
Tabel 4.1. Rekapitulasi perhitungan beban mati ...52
Tabel 4.2. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan ...89
Tabel 4.3. Rekapitulasi sambungan pada rangka atap baja ringan ...100
Tabel 4.4. Kombinasi beban pada gording...105
Tabel 4.5. Rekapitulasi perhitungan beban mati ...110
Tabel 4.6. Gaya dalam maksimum pada rangka batang...113
Tabel 4.7. Tabulasi perencanaan rangka atap konvensional ...122
Tabel 4.8. Tabulasi berat rangka atap baja ringan ...125
Tabel 4.9. Tabulasi berat total rangka atap baja ringan ...126
Tabel 4.10. Tabulasi berat rangka atap baja konvensional ...126
Tabel 4.11. Tabulasi berat total rangka atap baja konvensioanal ...127
Tabel 4.12. Analisa harga bahan rangka atap baja ringan ...128
Tabel 4.13. Analisa harga bahan rangka atap konvensional ...129
DAFTAR GAMBAR
Hal.
Gambar 1.1 Rangka atap baja segitiga tipe Pratt ...3
Gambar 2.1. Proses pembentukan profil baja ringan ...7
Gambar 2.2. Struktur kuda-kuda baja ringan ...10
Gambar 2.3. Tekuk lokal pada penampang langsing ...11
Gambar 2.4. Konsep lebar efektif penampang cold-formed ...12
Gambar 2.5. Jenis profil baja ringan ...14
Gambar 2.6. Elemen dengan pengaku menerima tegangan tekan merata...19
Gambar 2.7. Elemen dengan pengaku dan pelat badan dengan tegangan bergradien...21
Gambar 2.8. Elemen tanpa pengaku mengalami tegangan tekan merata ...23
Gambar 2.9(A). Elemen tanpa pengaku dengan tegangan bergradien-kedua tepi dalam tekan ...26
Gambar 2.9(B). Elemen tanpa pengaku dengan tegangan bergradien-satu tepi mengalami tekan dan satu tepi mengalami tarik ...26
Gambar 2.10. Elemen dengan pengaku tepi lip sederhana ...28
Gambar 2.11. Elemen-elemen dengan satu pengaku antara ...31
Gambar 2.12(A). Lokasi lebar efektif ...32
Gambar 2.12(B). Lebar pelat dan lokasi pengaku...33
Gambar 3.1. Diagram alir (Flow Chart) ...47
Gambar 4.1. Denah rangka atap baja ringan ...59
Gambar 4.2. Model rangka atap baja ringan ...60
Gambar 4.3 Distribusi beban mati pada rangka atap baja ringan ...61
Gambar 4.4. Distribusi beban hidup (qL) ...63
Gambar 4.6. Distribusi beban angin kiri (W kiri) rangka atap...64
Gambar 4.7. Distribusi beban hujan (H) pada rangka atap ...65
Gambar 4.8. Sambungan buhul 1 ...90
Gambar 4.9. Sambungan buhul 6 ...93
Gambar 4.10. Sambungan buhul 18 ...97
Gambar 4.11. Denah rangka atap konvensional...101
Gambar 4.12. Model rangka atap baja konvensional ...101
Gambar 4.13. Distribusi beban mati pada rangka atap konvensional ...108
Gambar 4.14. Distribusi beban hidup (qL) ...110
Gambar 4.15. Distribusi beban angin kiri (W kiri) rangka atap ...111
Gambar 4.16. Distribusi beban angin kanan (W kanan) pada rangka atap ...111
Gambar 4.17. Distribusi beban hujan (H) pada rangka atap ...112
Gambar 4.18. Komposisi rangka atap baja ringan ...123
Gambar 4.19. Komposisi rangka atap baja konvensional ...124
DAFTAR NOTASI
Ae Luas efektif
Ag Luas bruto penampang
Alob Luas lobang baut atau sekrup
An Luas neto penampang
As Luas bruto pengaku
b Lebar elemen profil
be Lebar efektif
bed Lebar efektif untuk defleksi
bo Lebar rata total dari elemen dengan pengaku
C Faktor tumpu
df Diameter nominal baut,sekrup, paku keling
dw Diameter yang terlihat dari permukaan luar atau kepala sekrup
E Modulus elastisitas Young
fcr Tegangan tekuk pelat
fn Tegangan desain
foc Nilai terkecil dari tegangan tekuk lentur, torsi, dan lentur-torsi elastis
fu Tegangan ultimit
fu1 Kekuatan tarik lembarn yang kontak dengan kepala sekrup
fu2 Kekuatan tarik lembaran yang tidak kontak dengan kepala sekrup
fy Tegangan leleh
G Modulus geser
h Tinggi elemen profil
Ia Momen inersia pengaku cukup
Is Momen inersia dari pengaku utuh terhadap sumbu titik beratnya yang
sejajar dengan elemen yang akan diperkaku
Ix, Iy Momen inersia penampang terhadap sumbu utama x dan y
k Koefisien tekuk pelat
kt Faktor koreksi
L Panjang batang
le Panjang efektif penampang
Nc Kapasitas komponen struktur nominal dari komponen struktur dalam
tekan
Nou Kapasitas cabut nominal
n Eksponen
Nov Kapasitas sobek nominal
Nt Kapasitas penampang nominal dari komponen struktur dalam tarik
Nn Kapasitas penampang nominal dari komponen struktur dalam tekan
N* Gaya aksial desain
R Radius luar permukaan lengkung
r Radius girasi dari penampang utuh, tidak tereduksi
S Faktor kelangsingan
Sf Jarak antar baut atau sekrup
S1 Jarak baut ke tepi
t Tebal elemen profil
t1 Tebal lembaran yang kontak dengan kepala sekrup
t2 Tebal lembaran yang tidak kontak dengan kepala sekrup
Vb Kapasitas tumpu nominal bagian tersambung
x, y Sumbu utama penampang
α, θ Sudut kemiringan
β Koefisien
γ Faktor kepentingan
λ Rasio kelangsingan
𝜆c Kelangsingan nondimensi yang digunakan untuk menentukan fn
ν Angka Poisson
Ø Faktor reduksi kapasitas sekrup yang menerima miring dan tumpu Øc Faktor reduksi pada elemen tekan
Øt Faktor reduksi pada elemen tarik
