Contoh Perancangan Bangunan Baja

DESAIN STRUKTUR RANGKA ATAP BAJA

BANGUNAN INDUSTRI

(MENGGUNAKAN STANDAR SNI 2002)

JURUSAN TEKNIK SIPIL

SEKOLAH TINGGI TEKNIK – PLN

JAKARTA

Pada peencanaan ini, perhitungan gaya dalam dilakukan dengan menggunakan SAP 2000. Beban-beban yang bekerja mengacu pada Peraturan Pembebanan Untuk Rumah dan Gedung 1987. Dengan data sebagai berikut :

- Jarak Kuda-kuda (B) = 5 m

- Jarak Gording (S) = 1,064 m

- Berat atap seng gelombang (W) = 10 kg/m2

- Sudut kemiringan atap = 20o

Pembebanan berupa beban merata yang terdistribusi sepanjang gording, adapun beban-beban yang diperhitungkan adalah :

1.1. PEMBEBANAN GORDING

A. Beban Mati

a. Berat sendiri gording

Diasumsi menggunakan gording frofil channels dengan spesifikasi

C 125 x 50 x 20 x 3.2 dengan berat = 6,13 kg

b. Berat Atap

Berat atap = W x S = 10 x 1,064 = 10,64 kg

Total beban mati = 16,67 kg

B. Beban Hidup (pekerja)

Beban hidup pekerja di asumsi bekerja pada tengah bentang

Sebesar = 100 kg

C. Beban Air Hujan

Beban air hujan dihitung berdasarkan sudut kemiringan atap, Dihitung dengan persamaan :

= (40 – 0,8 α) x S

Tekanan tiup diambil = 40 kg/m2

Untuk kemiringan atap 20o, nilai koefisien tekan (ct) = 0,8

Sehingga beban angin = ct x S x P = 0,8 x 1,064 x 40 = 34,05 kg.

Pada kenyataannya posisi gording pada struktur miring sebesar sudut kemiringan atap (α) sehingga beban mati, hidup, hujan bekerja tidak pada sumbu gording. Pada SAP 2000 hal ini bias dianalisis dengan memutar sumbu gording hingga posisi tetap sesuai dengan kenyataan yang terjadi dan beban mati, hidup dan hujan tetap dimasukkan sebagai beban gravity sedangkan beban angin dimasukkan melalui sumbu local 2 sehingga angin tetap menekan tegak lurus pada bidang atap. Hal tersebut dapat dijelaskan melalui gambar berikut.

Gambar ……… Pola pembebanan pada gording qD = 16,67 kg/m

PL = 100 kg

qH = 25,54 kg/m qW = 34,05 kg/m

Dari hasil analisis pada SAP 2000 diperoleh gaya maksimum berdasarkan kombinasi yang ada adalah sebagai berikut :

TABLE: Element Forces - Frames

Frame Station OutputCase CaseType P V2 V3 T M2 M3

Text mm Text Text N N N N-mm N-mm N-mm Momen Positif 1 2500 1.2D+1.6L Combination 0 -368.9 -261.32 0 415310.7 1661249.72 1 2000 1.2D+1.6H Combination 0 26.32 -26.21 0 75653.94 1424966.62 1 2500 1.2D+1.3W+0.5L Combination 0 -40.79 -80.25 0 179859.27 761920.52 1 2500 1.2D+1.3W+0.5H Combination 0 194.99 3.71 0 75191.51 655899.21 1 2000 1,4D Combination 0 18.87 -36.73 0 76392.53 448308.27 Momen Negatif 2 0 1.2D+1.6H Combination 0 -1889.91 -169.51 0 -147097.8 -1887918.0 2 0 1.2D+1.6L Combination 0 -1287.28 -437.76 0 -482176.7 -1678852.1 2 0 1.2D+1.3W+0.5H Combination 0 -925.47 -168.64 0 -143480.8 -929496.08 2 0 1.2D+1.3W+0.5L Combination 0 -737.15 -252.46 0 -248192.9 -864162.98 2 0 1,4D Combination 0 -568.28 -196.28 0 -165476.1 -576158.03

F. Kontrol Terhadap Momen

Data untuk frofi C 125 x 50 x 20 x 3.2

- Ix = 137 cm4 - Iy = 20,6 cm4 - A = 7,807 cm - Zx = 21,9 cm3 - Zy = 6,22 cm3 - fy = 250 MPa a. Momen nominal (Mn) = Z x fy Maka : Mnx = Zx x fy = 21900 x 250 = 5475000 N-mm Mny = Zy x fy = 6220 x 250 = 1555000 N-mm

b. Kontrol terhadap momen positif terbesar Mux = 1661249.72 N-mm Muy = 415310.7 N-mm Ø

=

0,9 Syarat :

1

.

.



ny



uy nx ux

M

M

M

M





=

1555000

9

,

0

7

,

415310

5475000

9

,

0

72

,

1661249

x

x



= 0,337 + 0,297 = 0,634 < 1 …….Oke.

c. Kontrol terhadap momen Negatif terbesar

Mux = 1887918.0 N-mm Muy = 147097.8 N-mm Ø

=

0,9 Syarat :

1

.

.



_ny



uy nx ux

M

M

M

M





=

1555000

9

,

0

8

,

147097

5475000

9

,

0

1887918

x

x



= 0,383 + 0,105 = 0,488 < 1 …….Oke.

G. Kontrol Terhadap Lendutan

Dari output SAP2000 diketahui bahwa beban yang memberikan momen maksimum adalah kombinasi beban antara beban mati dan beban pekerja sehingga control lendutan dilakukan terhadap kombinasi beban tersebut.

a. Lendutan ijin (δijin) δijin = L/240 = 5000/240 = 20,83 mm

b. Lendutan arah X x L x D x

I

E

L

P

I

E

L

q

.

.

48

.

cos

.

.

.

cos

.

384

5



4



3







=

1370000

200000

48

5000

20

cos

1000

1370000

200000

5000

20

cos

1667

,

0

384

5

4 3

x

x

x

x

x

x

x

_

= 4,65 + 8,93 = 13,58 mm < 20,83 mm …….Oke. c. Lendutan arah Y y L y D y

I

E

L

P

I

E

L

q

.

.

48

.

sin

.

.

.

sin

.

384

5



4



3







=

206000

200000

48

5000

20

sin

1000

206000

200000

5000

20

sin

1667

,

0

384

5

4 3

x

x

x

x

x

x

x

_

= 11,26 +0,02 = 11,28 mm < 20,83 mm …….Oke. d. Lendutan total δtotal = 2 2 y x







=

13

,

58

2



11

,

28

2 = 17,65 mm < 20,83 mm ….. Oke.

2. PEMBEBANAN RANGKA ATAP

Gambar …….. Rencana Gudang

Data :

- Panajang Bentang (L) = 22 m

- Tinggi kolom (H) = 8 m

- Jarak Kuda-Kuda (B) = 5 m

- Jarak Gording (S) = 1,064 m

- Sudut kemiringan atap = 20o

- Jenis atap yang digunakan = Seng Gelombang

Seluruh beban yang bekerja dihitung berdasarkan Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung 1987. Perhitungan beban dianalisis berdasarkan seberapa besar beban yang dipikul oleh satu titik kumpul pada kuda-kuda, sehingga nantinya pembebanan pada sap dilakukan dengan memberikan beban tersebut pada titik-titik kumpul. Adapun beban-beban yang bekerja adalah sebagai berikut :

A. Beban Mati

Berat sendiri dianalisis langsung oleh SAP 2000 dengan asumsi awal profil yang digunakan adalah :

1. Berat atap

Berat seng gelombang adalah 10 kg/m2

Beban atap = B x S x Berat atap seng = 5 x 1,064 x 10

= 53,2 kg 2. Berat sendiri Gording

Digunakan gording profil Channel (C 125 x 50 x 20 x 3.2) dengan berat adalah 6,13 kg/m. sehingga :

Berat Gording = B x Berat Profil = 5 x 6,13 = 30,36 kg

Total beban mati = 53,2 + 30,36 = 83,56 kg

B. Beban Hidup

Beban hidup yang diperhitungkan adalah beban hidup pekerja dan beban air hujan sebagai berikut :

1. Beban Pekerja (La)

a. Untuk titik kumpul yang menopang gording tengah = 100 kg.

b. Untuk titik kumpul yang menopang gording tepi = 200 kg.

2. Beban Air Hujan (H)

Beban air hujan berdasarkan kemiringan atap : = (40 – 0,8 α) x S x B ; dimana α : Kemiringan atap

= (40 – 0,8 x 20) x 1,064 x 5 = 127,68 kg

C. Beban Angin

Tekanan tiup angin (P) diambil = 40 kg/m2

Dihitung menurut keadaan yang paling berbahaya diantara 2 kondisi 1. Kondisi I

0.20 0.13 0.10 0.08 0.05 0.04 0 0.2 0.50.6 1.0 2.0 3.0 lunak) (Tanah T 0.20 C sedang) (Tanah T 0.08 C keras) (Tanah T 0.05 C 0.38 0.30 0.20 0.15 0.12 0 0.2 0.50.6 1.0 2.0 3.0 lunak) (Tanah T 0.50 C sedang) (Tanah T 0.23 C keras) (Tanah T 0.15 C 0.50 0.75 0.55 0.45 0.30 0.23 0.18 0 0.2 0.50.6 1.0 2.0 3.0 lunak) (Tanah T 0.75 C sedang) (Tanah T 0.33 C keras) (Tanah T 0.23 C 0.60 0.34 0.28 0.24 0 0.2 0.50.6 1.0 2.0 3.0 lunak) (Tanah T 0.85 C sedang) (Tanah T 0.42 C keras) (Tanah T 0.30 C 0.85 0.70 0.90 0.83 0.70 0.36 0.32 0.28 0 0.2 0.50.6 1.0 2.0 3.0 (Tanah lunak) T 0.90 C (Tanah sedang) T 0.50 C (Tanah keras) T 0.35 C 0.95 0.90 0.83 0.38 0.36 0.33 0 0.2 0.50.6 1.0 2.0 3.0 (Tanah lunak) T 0.95 C (Tanah sedang) T 0.54 C (Tanah keras) T 0.42 C T Wilayah Gempa 1 C T Wilayah Gempa 2 C T Wilayah Gempa 3 C T Wilayah Gempa 5 C T Wilayah Gempa 4 C T Wilayah Gempa 6 C a. Dipihak angin

Kooefisien isap (ci) adalah -1,2 Beban angin = ci x P x S x B

= -1,2 x 40 x 1,064 x 5 = -255,36 kg

b. Dibelakang angin

Kooefisien isap (ci) adalah –0,4 Beban angin = ci x P x S x B

= -0,8 x 40 x 1,064 x 5 = -170,24 kg

2. Kondisi II

Dipihak angin mengalami tekan dengan koefisien tekan (ct) sebesasar +0,8, dan tidak terjadi isap maupun tekan dibelakang angin.

Beban angin = ct x P x S x B

= 0,8 x 40 x 1,064 x 5 = 170,24 kg

D. Beban Gempa

Beban gempa dihitung berdasarkan Perancenaan Struktur Gedung Tahan Gempa (SNI-1276-2002). Bangunan diasumsi dibangun pada Wilayah Gempa 4 diatas tanah sedang. Didalam SNI-1276-2002 diberikan grafik respon spectra untuk wilayah gempa 4 sebagai berikut :

Respon spectra tersebut didefenisikan langsung dalam SAP 2000, sebagai factor pengali data-data berikut juga diimputkan dalam SAP2000.

- Faktor keutamaan (I) (gedung penting) = 1,0

- Faktor reduksi gempa (R) (daktail penuh) = 8,5

- Faktor pengali

= (I / R) x g

= (1 / 8,5) x 9,81 = 1,154

Faktor pengali beban searah gempa (U1) dan Faktor pengali beban tegak lurus arah datang gempa (U2) adalah:

U1 = 100% x 1,154 = 1,154

U2 = 30% x 1,154 = 0,346

-Arah gempa yang digunakan adalah = 0o, 90o

E. Rekapitulasi Beban

Tabel ……. Rekapitulasi Beban Jenis

Beban

Besarnya Beban (Kg)

Joint Tengah Joint Tepi

Total Arah Z Arah X Total Arah Z Arah X

Mati 83.56 83.56 41.78 41.78

Hidup 100 100 200 200

Hujan 127.68 127.68 63.84 63.84

Beban dipihak angin Beban dibelakang angin Joint Tengah Angin 1 -255.36 -239.96 -87.34 -170.24 -159.97 -58.23 Angin 2 170.24 159.97 58.23 Joint Tepi Angin 1 -127.68 -119.98 -43.67 -85.12 -79.99 -29.11 Angin 2 85.12 79.99 29.11 F. Kombinasi Beban

Adapun kombinasi beban yang digunakan menurut Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Gedung (SNI 03-1729-2002) adalah :

1. 1,4D

2. 1,2D + 1,6 (La atau H)

3. 1,2D + 1,3W + 0,5 (La atau H) 4. 0,9D + 1,0E

Dari kombinasi tersebut selanjutnya dijabarkan berdasarkan jenis beban dimasukkan ke SAP 2000. Dan diperoleh 8 kombinasi beban sebagai berikut : 1. 1,4D 2. 1,2D + 1,6 La 3. 1,2D + 1,6 H 4. 1,2D + 1,3W1 + 0,5 La 5. 1,2D + 1,3W1 + 0,5 H 6. 1,2D + 1,3W2 + 0,5 La 7. 1,2D + 1,3W2 + 0,5 H 8. 0,9D + 1,0E

2.1. INPUT DATA KE SAP2000

Data pendukung lainnya yang harus diimputkan ke SAP2000 yaitu mutu baja yang akan digunakan adalah

- Mutu baja adalah = BJ 41

- fy = 250 MPa

- fu = 410 MPa

- Modulus Elastisitas (E) = 200000 MPa

- Angka poison (μ) = 0,3

- Koefisien pemuaian = 12 x 10-6

- Berat Volume = 7850 kg/m3

A. Material Property Data

Pada SAP2000 diimput melalui Define > Material > Add New Material

B. Frame Section

Untuk mendefinisikan ukuran frofil dapat diimput dengan cara Define > Frame Sections > Add New Property > Pilih jenis penampang. Sebagai contoh memasukkan frofil IWF 300.200.9.14.

Gambar …… Mendefinisikan frofil yang akan digunakan

C. Mendefinisikan Beban

Untuk mendefinisikan beban yang akan dimasukkan dilakukan dengan cara Define > Load Cases

Khusus untuk beban gempa tidak didefinisikan bersamaan dengan beban-beban tersebut karena bebannya tidak diinput sebagaimana mengimput beban-beban lainnya, tapi didefinisikan langsung dengan cara Define > Fungtions > Response Spectrum > User Spectrum > Add New Function. Kemudian isikan Nilai periode (T) berpasangan dengan nilai Acceleration (C) yang ada pada SNI gempa.

Gambar …… Respon spectrum

Selanjutnya faktor pengali yang telah didefinisikan sebelumnya dimasukkan dengan cara Define >Analysis Cases > Add New Cases > Pada analysis Case type pilih Respon Spectrum. Lalu isi sesuai data.

D. Kombinasi Beban

Untuk mendefinisikan kombinasi beban dilakukan dengan cara Define > Combinations > Add New Combo lalu isikan sesuai dengan kombinasi beban yang diinginkan.

Gambar ……. Input kombinasi 1,2D + 1,6 La

E. Menggambar Frame

Untuk melakukan penggambaran terlebih dahulu atur grid-grid sesuai kebutuhan dengan mendouble clik garis grid pada layar. Setelah grid-grid sudah sesuai

maka penggambaran bias dilakukan dengan cara Draw >Draw

Frame/Cable/Tendon.

F. Input Beban

Input beban dilakukan dengan cara menyeleksi frame atau join yang akan dibebani lalu isikan besaran beban melalui menu Assign > joint loads > Forces > lalu isikan jenis beban, arah beban dan besarnya beban.

Gambar……. Input beban mati

G. Running

Setelah seluruh beban dimasukkan maka file sudah siap dirunning. Sebelumnya tentukan terlebih dahulu jenis struktur yang akan didesain melalui menu Analyze >Set analysis object > pilih space frame untuk 3 dimensi.

Gambar ……. Analysis object

Setelah analysis objek ditentukan maka melalui menu Analyze > Run Analysis, running alnalisis sudah dapat dilakukan.

3. PERENCANAAN KUDA-KUDA

Frofil yang digunakan 50.50.5 dengan data :

- A = 480 mm2

- Ix = Iy = 110000 mm4

- fy = 250 MPa

- E = 200000 MPa

Direncanakan menggunakan siku ganda maka dicari data frofil gabungan sebagai berikut : - Ag = 2 x A = 2 x 480 = 960 mm2 - Ixg = 2 x Ix = 2 x 110000 = 220000 mm4 - Iyg = 2 x (Iy + (A * 1,82)) = 2 x (110000 + (480 x 182)) = 531040 mm4 - rx = g g

A

Ix

= 960 220000 = 15,138 mm - ry = g yg

A

I

=

960

531040

= 23,520 mm A. Output SAP2000

Dari hasil analisis struktur menggunakan SAP2000 diperoleh gaya tarik dan tekan terbesar adalah sebagai berikut.

Frame Station OutputCase CaseType StepType P

Text mm Text Text Text N

16 1064.18 1,2D+1,3W2+0,5H Combination 93531.6 40 1064.18 1,2D+1,3W2+0,5H Combination -121690

B. Perencanaan Batang Tekan

1. Cek kelangsingan elemen penampang

Dalam SNI 2002 ditentukan nilai kelangsingan elemen penampang harus memenuhi syarat :

y r r

f

250

λ

dimana

;

λ

t

b





maka, (b/t) = (50/5) = 10

250

250



r



= 15,81 Diperoleh 10 < 15,81 …… Oke. 2. Cek kelangsingan struktur tekan.

Dalam SNI 2002 ditentukan nilai kelangsingan elemen penampang harus memenuhi syarat :

200

.

min



r

L

k

k c Data : Lk = 1064 mm

kc = 1 (asumsi perletakan sendi-sendi) rmin = 15,138 mm

138

,

15

1064

.

1

= 70,29 < 200 ……. Oke.

3. Daya dukung komponen struktur tekan.

E

f

r

L

k y c min

1







=

200000

250

138

,

15

1064

1



= 0,791 Untuk 0,25 < λc < 1,2 maka, c





67

,

0

6

,

1

43

,

1





maka,

791

,

0

67

,

0

6

,

1

43

,

1

x







= 1,34 Sehingga :

34 , 1 250 960  



y g n f A N = 179586 N

Dalam SNI 2002 ditentukan nilai kelangsingan elemen penampang harus memenuhi syarat :

Nu ≤

ø

Nn dimana

ø

= 0,85 (Untuk komponen struktur tekan) 93531,6 N < 0,85 x 179586 N

93531,6 N < 152648 N …… Oke.

Maka profil Siku ganda 50.50.5 dapat digunakan.

C. Perencanaan Batang Tarik

1. Cek kelangsingan struktur tarik

240

.

min



r

L

k

k c Data : Lk = 1064 mm

kc = 1 (asumsi perletakan sendi-sendi) rmin = 15,138 mm

138

,

15

1064

.

1

= 70,29 < 240 ……. Oke.

2. Daya dukung nominal komponen struktur tarik

Dalam SNI 2002 ditentukan nilai kelangsingan elemen penampang harus memenuhi syarat :

Nu ≤

ø

Nn dimana

ø

= 0,75 (Untuk komponen struktur tarik dengan menggunakan sambungan baut) Untuk sambungan dengan baut digunakan persamaan 10.1.1-2b Nn = Ae fu, dengan Ae diambil = 0,85 Ag dan fu = 410 MPa

= 0,85 x 960 x 410 = 334560 N

Sehingga :

121690 N < 0,75 x 334560 N 121690 N < 250920 N …… Oke

4. PERENCANAAN BALOK PENGAKU

A. Output SAP2000

Dari hasil analisis struktur menggunakan SAP 2000 diperoleh gaya dalam seperti pada table berikut.

Frame Station OutputCase P V2 M2 M3

Text mm Text N N N-mm N-mm

577 2000 1,2D+1,3W2+0,5H -1098.37 50.72 191.62 1061742 572 5000 1,2D+1,3W2+0.5La 1048.98 918.23 456.25 -1114755

Hasil output diatas dipilih berdasarkan momen positif dan momen negatif terbesar.

Untuk menrencanakan elemen balok digunakan profil IWF 150.75.5.7 dengan data sebagai berikut :

- Tinggi profil (H) = 150 mm - Lebar profil (B) = 75 mm - Tebal Sayap (tf) = 7 mm - Tebal badan (tw) = 5 mm - Ix = 6660000 mm4 - Iy = 495000 mm4 - Zx = 88800 mm3 - Zy = 13200 mm3 - rx = 61,1 mm - ry = 16,6 mm - A = 1785 mm2

B. Kontrol Terhadap Tekuk Lokal Pada Sayap

36

,

5

7

75

5

,

0







x

t

b

f



75 , 10 250 170 170    y p f



Karena diperoleh λ < λp maka Mn = Mp Mp = Z x fy ; sehingga

Mnx = Zx x fy dan Mny = Zy x fy

= 88800 x 250 = 13200 x 250

= 22200000 N.mm = 3300000 N.mm

Karena elemen tersebut memiliki gaya aksial maka elemen balok juga didesain terhadap aksial.

1. Daya dukung komponen struktur tekan.

E

f

r

L

k y c min

1







=

200000

250

6

,

16

5000

1



= 3,39

Untuk λc > 1,2 maka, ω = 1,25 λc maka, ω = 1,25 x 3,39 = 4,24 Sehingga :

25

,

4

250

1785







y g n

f

A

N

= 105000 N

ø

Nn = 0,85 x 105000 = 89250 89250 98 , 1048  n u N N



= 0,012

2. Daya dukung nominal komponen struktur tarik

Nn = Ae fu, dengan Ae diambil = 0,85 Ag dan fu = 410 MPa = 0,85 x 1785 x 410

= 622073 N

466554 37 , 1098  n u N N



= 0,003

Persamaan interaksi Aksial – Momen

Untuk n u

N

N



< 0,2 maka

2





1



















ny uy nx ux n u

M

M

M

M

N

N







;

Kontrol berdasarkan momen positif

=













_



3300000

9

,

0

62

,

191

22200000

9

,

0

1061742

003

,

0

x

x

= 0,003 +(0,05 + 0,00007) = 0,05307 < 1 …… Oke.

Kontrol berdasarkan momen Negatif

=













_



3300000

9

,

0

25

,

456

22200000

9

,

0

1114755

012

,

0

x

x

= 0,012 +(0,06 + 0,0002) = 0,0722 < 1 …… Oke.

C. Kontrol Terhadap Tekuk Lokal Pada Badan

2

,

27

5

136

_





w

t

h



25 , 106 250 1680 1680    y p f



Karena diperoleh λ < λp maka Mn = Mp

- Mnx = 22200000 N.mm dan Mny = 3300000 N.mm

-89250

98

,

1048



n u

N

N



= 0,012 (untuk elemen struktur tekan)

-466554

37

,

1098



n u

N

N

Sehingga :

Persamaan interaksi Aksial – Momen

Untuk n u

N

N



< 0,2 maka

2





1



















ny uy nx ux n u

M

M

M

M

N

N







;

Kontrol berdasarkan momen positif

=













_



3300000

9

,

0

62

,

191

22200000

9

,

0

1061742

003

,

0

x

x

= 0,003 +(0,05 + 0,00007) = 0,05307 < 1 …… Oke.

Kontrol berdasarkan momen Negatif

=













_



3300000

9

,

0

25

,

456

22200000

9

,

0

1114755

012

,

0

x

x

= 0,012 +(0,06 + 0,0002) = 0,0722 < 1 …… Oke.

D. Kontrol Terhadap Tekuk Lateral

Menurut SNI 2002 nilai L < Lp, dimana nilai Lp dapat ditentukan berdasarkan table 8.3-2 sebagai berikut :

Lp =

250

200000

6

,

16

76

,

1

.

.

76

,

1

x

x

f

E

r

y y



= 826,35 mm

Karena L = 5000 mm > Lp = 826,35 mm, maka nilai Lr harus dihitung.

Lr = 2 2 1 . 1 1 . . _L L y X f f X r _        fL = fy – fr = 250 – 70 = 180 MPa E = 200000 MPa G = 80000 MPa J =







3

5

136

3

7

75

2

3

.

3

x

3

x

3

x

t

b

= 22817 mm3 A = 1785 mm2

X1 = 2 EGJA S



= 2 1785 22817 80000 200000 88800 x x x



= 20194,37 X2 = y w

I

I

J

G

S

x

.

.

4

2













dimana :

4

)

(

_w 2 y w

t

h

I

I





=

4

)

5

136

(

495000

x



2 Iw = 2123673750 mm6 =

495000

2123673750

22817

80000

88800

4

2













x

x

= 4,06 x 10-5 Sehingga : Lr = 2 5

180

10

06

,

4

1

1

180

37

,

20194

6

,

16







x



x











= 2957,39 mm Diperoleh Lr = 2957,39 mm < L = 5000 mm, maka Mn = Mp - Mnx = 22200000 N.mm dan Mny = 3300000 N.mm

-89250

98

,

1048



n u

N

N



= 0,012 (untuk elemen struktur tekan)

-466554 37 , 1098  n u N N



= 0,003 (untuk elemen struktur tarik)

Sehingga :

Persamaan interaksi Aksial – Momen

Untuk n u

N

N



< 0,2 maka

2





1



















ny uy nx ux n u

M

M

M

M

N

N







;

Kontrol berdasarkan momen positif

=













_



3300000

9

,

0

62

,

191

22200000

9

,

0

1061742

003

,

0

x

x

= 0,003 +(0,05 + 0,00007) = 0,05307 < 1 …… Oke.

=

















3300000

9

,

0

25

,

456

22200000

9

,

0

1114755

012

,

0

x

x

= 0,012 +(0,06 + 0,0002) = 0,0722 < 1 …… Oke.

E. Kontrol Kuat Geser Plat Badan

Menurut SNI 2002, Jika (h/tw) ≤

y n

f

E

k

10

,

1

maka nilai Vn = 0,6 fy Aw maka,

kn =

 





5

,

0037

136

5000

5

5

5

5



₂





₂



h

a

cat : a = Jarak antara dua pengaku vertical.

250

200000

0037

,

5

10

,

1

5

136

x



27,2 ≤ 69,60 Maka Vn = 0,6 x 250 x (136 x 5) = 102000 N Vu ≤

ø

Vn 918,23 N < 0,9 x 102000 N 918,23 N < 91800 N

5.

PERENCANAAN KOLOM

A. Output dari SAP2000

Dari hasil analisis struktur diperoleh gaya dalam terbesar seperti pada table berikut :

Frame Station OutputCase P V2 M2 M3

Text mm Text N N N-mm N-mm

2 7250 1,2D+1,3W2+0,5H 10179.75 -93042.11 779113.9 -69781576 107 0 1,2D+1,3W2+0,5H -46329.8 -9788.95 -51444.2 -24202753

Hasil output diatas dipilih berdasarkan gaya aksial tarik dan tekan terbesar.

B. Perencanaan Kolom Berdasarkan Aksial Tekan

Digunakan frofil IWF 250. 175. 7.11. dengan data sebagai berikut :

- Tinggi kolom (L) = 8 m - Tinggi profil (H) = 244 mm - Lebar profil (B) = 175 mm - Tebal badan (tw) = 7 mm - Tebal sayap (tf) = 11 mm - Ix = 61200000 mm4 - Iy = 9840000 mm4 - Zx = 502000 mm3 - Zy = 113000 mm3 - rx = 104 mm - ry = 41,8 mm

Untuk menahan pergoyangan arah x dianggap bahwa ditahan oleh kuda-kuda dengan Ix = 2 x 220000 mm4 dan untuk menahan pergoyangan arah y ditahan oleh balok pengaku IWF 175. 125. 5,5. 8 dengan Ix = 15300000 mm4.

1. Menentukan nilai perbandingan kekakuan pada rangka

GAx =





















b c

L

I

L

I

= 10 (dianggap pertemuan diujung kolom dengan kuda-kuda tidak kaku sehingga menyerupai sendi, asumsi ini diberikan karena sulit untuk memastikan apakah kuda-kuda tersebut benar-benar mengakukan struktur arah x)

GBx = 1 (Perletakan dianggap kaku)

- Arah Y GAy =





















b c

L

I

L

I

= 5000 15300000 2 8000 61200000 x = 1,25

GBy = 1 (Perletakan dianggap kaku) 2. Menentukan panjang tekuk.

Dari nomogram SNI 2002 hal 33 diperoleh nilai :

kx = 1,90

ky = 1,35

Maka diperoleh panjang tekuk Lkx = kx x L

= 1,9 x 8 = 15,2 m Lky = ky x L

= 1,35 x 8 = 10,8 m

3. Menentukan parameter kelangsingan kolom

E

f

r

L

y x k cx







1

=

200000

250

104

5000

1



= 0,54

E

f

r

L

y x k cx

_





1

=

200000

250

8

,

41

5000

1



= 1,35

4. Menentukan daya dukung nominal kolom untuk axial tekan

Untuk λc ≤ 0,25 maka ω = 1 0,25 < λc < 1,2 maka ω = c



67

,

0

6

,

1

43

,

1



λc ≥ 1,2 maka ω = 1,25 λc2 maka : ωx =

54

,

0

67

,

0

6

,

1

43

,

1

x



= 1,16 ωy = 1,25 x 1,352 = 2,28 Nnx =

16

,

1

250

5624

x

f

A

x y g

_



= 1212069 N Nny =

28

,

2

250

5624

x

f

A

y y g





= 616667 N

Digunakan Nn terkecil yaitu = 616667 N Maka :

02

,

0

616667

85

,

0

75

,

10179





x

N

N

ny u



5. Menentukan daya dukung nominal kolom untuk axial tarik Nn = Ae fu, dengan Ae diambil = 0,85 Ag dan fu = 410 MPa

= 0,85 x 5624 x 410 = 1959964 N

ø

Nn = 0,75 x 1959964 = 1469973

1469973

8

,

46329



n u

N

N



= 0,03

6. Kontrol terhadap tekuk lokal pada sayap

96

,

7

11

175

5

,

0







x

t

b

f



75 , 10 250 170 170    y p f



Karena diperoleh λ < λp termasuk elemen kompak, maka Mn = Mp Mp = Z x fy ; sehingga

Mnx = Zx x fy dan Mny = Zy x fy

= 502000 x 250 = 113000 x 250

= 125500000 N.mm = 28250000 N.mm

7. Kontrol terhadap tekuk local pada badan

7

,

31

7

222







w

t

h



25 , 106 250 1680 1680    y p f



Karena diperoleh λ < λp maka Mn = Mp

Mnx = 125500000 N.mm dan Mny = 28250000 N.mm

8. Kontrol terhadap tekuk lateral

Menurut SNI 2002 nilai L < Lp, dimana nilai Lp dapat ditentukan berdasarkan table 8.3-2 sebagai berikut :

Lp =

250

200000

8

,

41

76

,

1

.

.

76

,

1

x

x

f

E

r

y y



= 2080,82 mm

Karena L = 8000 mm > Lp = 2080,82 mm, maka nilai Lr harus dihitung. Lr = 2 2 1

.

1

1

.

.

_L L y

X

f

f

X

r

_















fL = fy – fr = 250 – 70 = 180 MPa E = 200000 MPa G = 80000 MPa

J =







3

7

222

3

11

175

2

3

.

3

x

3

x

3

x

t

b

= 180665 mm3 A = 5624 mm2 X1 =

2

EGJA

S



=

2

5624

180665

80000

200000

502000

x

x

x



= 17842,30 X2 = y w

I

I

J

G

S

x

.

.

4

2













dimana : 4 ) ( w 2 y w t h I I   =

4

)

7

222

(

113000

x



2 Iw = 1305856250 mm6 =

113000

1305856250

180665

80000

502000

4

2













x

x

= 5,58 x 10-5 Sehingga : Lr = 2 5

180

10

58

,

5

1

1

180

3

,

17842

.

8

,

41







x



x











= 6777,54 mm Diperoleh Lr = 6777,54 mm < L = 8000 mm, maka Mn = Mp Mnx = 125500000 N.mm dan Mny = 28250000 N.mm

9. Kontrol Elemen Terhadap Aksi Axial - Momen Dari perhitungan sebelumnya diperoleh :

02

,

0

616667

85

,

0

75

,

10179





x

N

N

ny u



(Untuk axial tekan) dan,

1469973

8

,

46329



n u

N

N



= 0,03 (Untuk axial tarik)

a. Kontrol elemen berdasarkan gaya tekan terbesar Untuk n u

N

N



< 0,2 maka

2





1



















ny uy nx ux n u

M

M

M

M

N

N







; =













_



28250000

9

,

0

9

,

779113

125500000

9

,

0

69781576

02

,

0

x

x

= 0,02 +(0,62 + 0,03) = 0,67 < 1 …… Oke.

b. Kontrol elemen berdasarkan gaya tarik terbesar Untuk n u

N

N



< 0,2 maka

2





1



















ny uy nx ux n u

M

M

M

M

N

N







; =













_



28250000

9

,

0

2

,

51444

125500000

9

,

0

24202753

03

,

0

x

x

= 0,02 +(0,22 + 0,002) = 0,242 < 1 …… Oke.

10. Kontrol Kuat Geser Plat Badan Menurut SNI 2002, Jika (h/tw) ≤

y n

f

E

k

10

,

1

maka nilai Vn = 0,6 fy Aw maka,

kn =

 





5

,

0039

222

8000

5

5

5

5



₂





₂



h

a

cat : a = Jarak antara dua pengaku vertical.

250 200000 0039 , 5 10 , 1 7 222 x  31,71 ≤ 69,60 Maka Vn = 0,6 x 250 x (222 x 7) = 233100 N Vu ≤

ø

Vn 93042,11 N < 0,9 x 233100 N 93042,11N < 209790 N

6. PERENCANAAN BASE PLATE

A. Output Reaksi Perletakan dari SAP2000

Untuk merencanakan base plate dibutuhkan data reaksi perletakan dari SAP2000. Dari hasil analisis diperoleh reaksi perletakan terbesar adalah sebagai berikut :

Joint OutputCase F1 (Vu) F3 (Puc) M2 (Mu)

Text Text N N N-mm

57 1,2D+1,3W2+0,5H 9796.34 46333.67 24216084.51

Direncanakan base plat dengan data sebagai berikut :

Mutu Beton (f’c) = 25 MPa

Mutu Baja (fy) = 250 MPa

Dimensi Plat :

Lebar (B) = 300 mm

Panjang (N) = 450 mm

Dimensi Beton Pedestal :

Lebar (I) = 300 mm

Panjang (J) = 450 mm

Letak Angkur (f) = 160 mm

(gambar 1)

Gambar …… Sketsa Plat Dasar

ht = 244 mm tw = 7 mm

bf = 175 mm tf = 11 mm

B. Kontrol Dimensi Plat Dasar

1. Eksentrisitas Beban terhadap Pusat Kolom

67

,

46333

51

,

24216084





uc u

P

M

e

= 522,65 mm 6 450 6  N = 75 mm

2. Menentukan Tegangan Beton yang diizinkan (ø Fp)

A1 = B x N = 300 x 450 = 135000 mm2

A2 = I x J = 300 x 450 = 135000 mm2

Karena A1 = A2, maka øFp = ø 0,85 f’c = 0,6 x 0,85 x 25 = 12,75 MPa 3. Gaya Tarik Pada Angkur

Gaya tarik pada angkur dihitung dengan cara menjumlahkan momen terhadap flens tekan.

h = ht – tf = 244 – 11 = 233 mm

Jarak Pt kepusat flens tekan (et)

= f + 0,5 h = 160 + 0,5 *233 = 276,5 mm Jarak Pc kepusat flens tekan (ec)

= 522,65 – 0,5 x 233 = 406,15 mm

5

,

276

15

,

406

67

,

46333

x

e

e

P

P

t c uc ut





= 68059,39 N Pu = Puc + Put = 46333,67 + 68059,39 = 114393,06 N 2 233 450 2 3     N h Y =108,5 mm Bperlu =

)

5

,

108

3

(

75

,

12

5

,

0

06

,

114393

.

.

.

2 1

_F

_Y

_x

_x

_x

P

p u





= 55,13 mm

4. Kontrol Dimensi Plat Dasar

300

)

5

,

108

3

(

06

,

114393

2

2

max ,

x

x

x

YB

P

f

p



u



= 2,34 MPa Diperoleh :

fp,max = 7,03 MPa < ø fp = 12,75 MPa ……. Oke.

2 244 9 , 0 450 2 9 , 0 h x N m  t   _{= 115,2 mm}

5. Menentukan Tebal Plat yang Dibutuhkan Berdasarkan Metode Kantilever

5

,

108

3

)

2

,

115

5

,

108

3

(

34

,

2

)

(

max ,

x

x

x

Y

m

Y

f

b



p







= 1,51 MPa c = fp,max – b = 2,34 – 1,51 = 0,83 MPa

Dengan menggunakan lebar beban 1 satuan tegak lurus bidang gambar, diperoleh :

momen pada plat akibat beban 1

Mu1 = 0,5 x b x m2 = 0,5 x 1,51 x 115,22 = 10019,64 Nmm Momen pada plat akibat beban 2

Mu2 = (1/3) x c x m2 = (1/3) x 0,83 x 115,22 = 3671,65 Nmm 2 1 u u u M M M  



= 10019,64 + 3671,65 = 13691,29 Nmm y u p

f

M

t

9

,

0

)

(

4





=

250

9

,

0

29

,

13691

4

x

x

=15,6 mm

Sehingga diperoleh dimensi akhir untuk plat dasar adalah :

B = 300 mm

N = 450 mm

tp = 16 mm

C. Menentukan Kebutuhan Angkur

Data rencana baut angkur :

Jenis baut angkur = A325

Diameter angkur = 1/2”

Jumlah angkur sisi tarik (nt) = 3 angkur Jumlah angkur sisi tekan (nc) = 3 angkur Tegangan putus baut (fub)

Untuk jenis baut A325 untuk :

db > 25,4 mm maka fub = 725 MPa dan 12,7 < db ≤ 25,4 mm, maka fub = 825 MPa Karena db = 12,7 mm, maka digunakan

Tegangan putus baut (fub) = 825 MPa

Tegangan ultimate (fup) = 410 MPa

Ab = (1/4)πd2 = (1/4)π x 12,72 = 126,68 mm2

fu = fub jika fub < fup

fu = fup jika fup < fub

karena fup < fub, maka digunakan fu = 410 MPa 1. Gaya-gaya yang terjadi pada angkur

Gaya tarik pada angkur (Put) = 68059,39 N

Gaya tarik pada masing-masing angkur (Put 1)

3

39

,

68059

1 ,





t ut ut

n

P

P

= 22686,46 N

Gaya geser pada masing-masing angkur (Vu1)

6

34

,

9796

)

(

1







c t u u

n

n

V

V

= 1632,72 N

2. Kontrol gaya tarik maksimum yang terjadi pada angkur : Kuat tarik rencana satu angkur adalah :

Td = φf Tn = φf . 0,75 fub.Ab

=0,75 x 0,75 x 825 x 126,68 = 58787,44 N Syarat :

Pu1 < φf Tn

Jadi 22686,46 N < 58787,44 N ……… Oke. 3. Kontrol gaya geser yang terjadi pada angkur.

Baut dalam kondisi geser tunggal (m=1)

Untuk mendapatkan tingkat keamanan yang tinggi, ulir baut dianggap berada dalam bidang geser maka r1 = 0,4

Vd = φf Vn = φf . r1. fub . m .Ab = 0,75 x 0,4 x 825 x 1 x 126,68 = 31353,3 N Syarat : Vu1 < φf Vn Jadi 1632,72 N < 31353,3 N ……… Oke 4. Kontrol gaya tumpu yang terjadi pada angkur

tp = 16 mm Vu1 = 1632,72 N Rd = φf Rn = 2,4φf . db . fu . tp = 2,4 x 0,75 x 12,7 x 410 x 16 = 149961,6 N Syarat : Vu1 < φf Rn Jadi 1632,72 N < 149961,6 N ……… Oke. 5. Kombinasi gaya geser dan tarik pada angkur

fuv = (Vu / n . Ab) ≤ φf . r1 . fub . m

(1632,72 / 6 x 126,68) ≤ 0,75 * 0,4 * 825 *1 2,15 ≤ 247,5 MPa ………. Oke.

ft = 0,75fub = 0,75 * 825 = 618,75 ft ≤ f1 – r2 fuv ≤ f2

untuk baut mutu tinggi :

f1 = 807 MPa f2 = 621 MPa

Karena 618,75 ≤ 807-1,9 x 2,15 = 802,915 ≥ 621,00 maka digunakan

ft = 618,75 MPa

Td = φf Tn = φf * ft *Ab ≥ (Tu / n)

=0,75 x 618,75 x 126,68 ≥ (Put1)

= 58787,44 N ≥ 22686,46 N ……….. Oke. 6. Menentukan panjang angkur

Dalam SNI beton 2002 Besarnya gaya geser pada beton diberikan

rumus : Vc =

b

d

f

c

.

6

'

, dimana b dan d adalah dimensi beton bertulang yang dianggap menahan gaya geser. Jika didekati dengan perilaku gaya geser antara beton dan angkur, maka bias dianggap b adalah keliling penampang angkur (π.d) dan d adalah panjang angkur (l). sehingga : Put,1 ≤

d

l

f

_c

.

.

6

'



, sehingga :

d

f

P

l

c ut

.

6

'

1 ,





=

7

,

15

.

6

25

46

,

22686



=

10

,

41

46

,

22686

l

≥ 551,98 mm ≈ 600 mm

Maka digunakan 6 angkur diameter ½” (15,7 mm), dengan panjang angkur yang tertanam kedalam beton

l

= 600 mm (60 cm).

7. PERENCANAAN SAMBUNGAN-SAMBUNGAN

Asumsi menggunakan baut dengan mutu baja BJ 41 dengan diameter 3/4” (19,1 mm) dengan data :

- Tebal plat sambung (tp) = 8 mm

- d = 19,1 mm

- db = 15,9 mm

- Ab = 198,6 mm2

- fub = 410 MPa

- fy = 250 MPa

A. Output dari SAP2000

Untuk gaya batang maksimum setiap elemen pada detail sambungan diatas dianalisis dengan SAP2000, dan dari berbagai kombinasi yang diberikan diperoleh gaya batang maksimum seperti dalam table berikut.

2 1 3 4 5 6

Nomor Detail Nomor Gaya

Joint Joint Frame Batang (N)

1 _{119 83283} 131 83283 178 -17416 161 61538 179 -6023 2 130 -94745 142 -94745 161 61538 3 _{117 93509} 118 88340 177 6956 196 -4715 4 _{121 22074} 122 -39312 192 -26077 171 32124 5 109 -117256 6 120 58497 170 43584

Dari gaya batang yang telah diperoleh seperti pada table diatas, maka selanjutnya dapat ditentukan jumlah baut yang akan digunakan.

B. Menentukan kekuatan baut

Menurut SNI 2002 Pasal 13.2.2. Kekuatan satu baut diambil nilai terkecil dari 3 kondisi berikut.

1. Kuat Geser Baut b b u f

d r f A

V 



.₁. . , dengan φf = 0,75 dan r1 = 0,5 (Pasal 13.2.2.1.) = 0,75 x 0,5 x 410 x 198,6

= 30528,06 N 2. Kuat Tarik Baut

b b u f d f A T 



.0,75. . , dengan φf = 0,75 (Pasal 13.2.2.2.) = 0,75 x 0,75 x 410 x 198,6 = 45792,10 N

3. Kuat Tumpu Baut u p b f d d t f R 2.



. . . , dengan φf = 0,75 (Pasal 13.2.2.4.) = 2x 0,75 x 15,9 x 8 x 250 = 47700 N

Maka digunakan kekuatan satu baut adalah 30528,06 N

C. Menentukan jumlah baut

Jumlah baut untuk masing-masing batang diperlihatkan dalam table berikut :

Nomor Nomor Gaya Kuat 1 Baut Jumlah Jumlah

Joint Frame Batang (N) (N) Baut terpasang

1 119 83283 30528.06 2.73 3 131 83283 30528.06 2.73 3 178 17416 30528.06 0.57 2 161 61538 30528.06 2.02 3 179 6023 30528.06 0.20 2 2 130 94745 30528.06 3.10 4 142 94745 30528.06 3.10 4 161 61538 30528.06 2.02 3 3 117 93509 30528.06 3.06 4 118 88340 30528.06 2.89 3 177 6956 30528.06 0.23 2 196 4715 30528.06 0.15 2

Nomor Nomor Gaya Kuat 1 Baut Jumlah Jumlah

Joint Frame Batang (N) (N) Baut terpasang

4 121 22074 30528.06 0.72 2 122 39312 30528.06 1.29 2 192 26077 30528.06 0.85 2 171 32124 30528.06 1.05 2 5 109 117256 30528.06 3.84 4 6 120 58497 30528.06 1.92 2 170 43584 30528.06 1.43 2