Analisis Perbandingan Efisiensi Penggunaan Baja Ringan Pada Tiga Jenis Tipe Rangka Atap

(1)

ANALISIS PERBANDINGAN VOLUME BAJA RINGAN PADA 3 TIPE

RANGKA ATAP

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan sarjana teknik sipil

Oleh :

DICE J L DAKHI

10 0404 1097

Dosen pembimbing

Ir. Sanci Barus , MT

NIP: 195209011981121001

BIDANG STUDI STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

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 . Rangka atap didesain menggunakan tiga rangka atap dengan

menggunakan baja, dengan yang sama. Berpedoman pada standar dan referensi

yang ada, direncanakanlah masing-masing rangka atap dan dihitung volumenya.

Kemudian hasil dari ketiga jenis rangka atap akan dibandingkan.

Berdasarkan perencanaan yang dilakukan, akan ditarik kesimpulan yang

menyajikan perbandingan berat ketiga jenis atap.Efisiensi paling tinggi yang

didapat dari perbandingan berat tersebut.

(3)

ii

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 “ Analisis Perbandingan Efisiensi Penggunaan Baja Ringan Pada Tiga

Jenis Tipe Rangka Atap ”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu

syarat untuk meyelesaikan studi pada Program Studi Strata Satu (S1) Jurusan

Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Dalam proses penulisan Tugas Akhir ini banyak pihak yang telah turut

menyumbangkan pikiran, saran, motivasi, material dan spiritual, untuk itu penulis

tidak lupa untuk menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Sanci Barus, M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah

menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam

penulisan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Besman Surbakti, M.T., dan Bapak Ir. Robert Panjaitan , selaku

dosen penguji yang memberikan saran dan masukan yang diberikan

kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.

3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, M.Sc., selaku Ketua Departemen

Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil

Universitas Sumatera Utara.

5. Teristimewa kepada Bapak Effendi Dakhi dan Ibu Adifiat Sarumaha

sebagai orang tua saya tercinta yang senantiasa mendoakan saya, memberi

kasih sayang, perhatian, motivasi dan dukungan material kepada saya.

6. Kepada bang Albert, Kak Minar, Bang Brucelee, Kak caroline yang selalu

menanyakan kapan tamat, dan sekaligus mendukung dan memberi nasihat

.Memberi motivasi yang membuat saya bertahan selama penulisan tugas

akhir ini .

7. Sahabat-sahabatku Acong, Arby, Agave, Cilla, Cika, Steven, Michael,

Lamhot, Andrico, Afiz beserta semua kawan _– kawan warkop Boy

Cantino yang selalu mendukung saya dan memberi semangat serta

(4)

8. Kepada Adik–Adikku Ivan, Roni, Andrew, Rio, Akmal beserta semua

angkatan 2013 yang telah turut membantu dalam penulisan tugas akhir ini.

9. Seluruh dosen yang telah memberikan pengajaran akademik dan moral

pada saya.Serta seluruh pegawai jurusan yang turut membantu dalam

mengurus surat-surat penting.

10. Segenap pihak yang telah mendukung dan membantu penulis dari segi

apapun yang belum penulis sebutkan, sehingga Tugas akhir ini dapat

diselesaikan dengan baik.

Penulis menyadari bahwa Tugas 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 berharap TuhanYang Maha Esa berkenan membalas

segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga Tugas Akhir ini

membawa manfaat bagi pengembangan ilmu.

Medan, September 2015

Penulis,

Dice J L Dakhi

(5)

iv

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... 3

1.3 Tujuan ... 3

1.4 Pembatasan Masalah ... 3

1.5 Sistematika Penulisan... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Umum... 5

2.2.Baja Ringan (Cold-formed Steel) ...7

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 ... 10

2.6.Spesifikasi Rangka Atap Baja Ringan ... 14

2.7.Lapisan Antikarat Baja Ringan (Coating)... 15

2.8.Perencanaan Struktur Rangka Atap Baja Ringan... 16

2.8.1. Pembebanan ... 16

2.8.2. Lebar Efektif Penampang... 18

2.8.2.1.Lebar Efektif untuk Elemen Dengan Pengaku

(6)

tekan merata ... 18

b. Elemen dengan pengaku yang mengalami tekan merata dengan lubang lingkaran ... 20

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... 32

2.8.2.6.Lebar efektif dengan pengaku tepi yang mengalami tekan merata dengan pengaku antara ... 36

2.8.2.7.Elemen busur tekan ... 37

2.8.3. Perencanaan Batang Tarik... 37

2.8.4. Perencanaan Batang Tekan ... 38

2.8.5. Perencanaan Sambungan ... 40

2.9. Tipe kuda-kuda...45

2.9.1. Tipe pratt...45

2.9.2. Tipe howe...46

2.9.3. Tipe Fink...47

BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Pengumpulan Data ... 48

3.2. Metode Penelitian... 49

(7)

vi

3.4. Konsep Perencanaan Struktur Rangka Atap ... 51

BAB IV ANALISIS DESAIN STRUKTUR RANGKA ATAP 4.1. Perencanaan Rangka Atap Baja Ringan... 58

4.1.1. Model Struktur... 58

4.1.2. Rangka Atap tipe Pratt ... 59

4.1.3. Pembebanan Rangka Atap...59

a. Beban Mati ... 60

b. Beban Hidup ... 64

c. Beban Angin ... 64

d. Beban Hujan ... 65

4.1.4. Perencanaan Struktur Rangka Atap... 66

a. Batang Tarik Bawah (Bottom Chord)... 66

b. Batang TarikWeb... 68

c. Batang Tekan Atas (Top Chord) ... 70

d. Batang TekanWeb...76

4.1.5. Desain Rangka Atap ... 84

4.1.6. Rangka Atap tipe Howe...95

a. Beban Mati ... 95

d. Batang TekanWeb...110

4.1.9. Desain Rangka Atap ... 119

4.1.10. Rangka Atap tipe fink...130

(8)

d. Batang Tekan Web...146

4.1.13. Desain Sambungan Rangka Atap...153

4.2. Komparasi Desain Rangka Atap ... 165

4.3. Perbandingan Rasio Volume Rangka Atap...172

4.4. Grafik Perbandingan Volume Rangka Atap...172

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 176

5.2 Saran ... 176

(9)

viii

DAFTAR TABEL

Hal.

Tabel 2.1. Nilai koefisien tekuk pelat ...29

Tabel 2.2. Faktor koreksi (kt) untuk elemen yang diarsir ...38

Tabel 2.3. Faktor tumpu (C)...43

Tabel 4.1. Rekapitulasi perhitungan beban mati Pratt 12 m ...61

Tabel 4.4. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Pratt 12 m ...82

Tabel 4.7. Rekapitulasi sambungan pada rangka atap baja ringan Pratt...94

Tabel 4.8. Rekapitulasi perhitungan beban mati Howe 12 m ...97

Tabel 4.9. Rekapitulasi perhitungan beban mati Howe16 m ...97

Tabel 4.10. Rekapitulasi perhitungan beban mati Howe 20 m ...98

Tabel 4.11. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Howe 12 m ...117

Tabel 4.12. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Howe16 m ...117

Tabel 4.13. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Howe 20 m ...118

Tabel 4.14. Rekapitulasi sambungan pada rangka atap baja ringan Howe ...129

Tabel 4.15. Rekapitulasi perhitungan beban mati Fink 12 m ...132

Tabel 4.16. Rekapitulasi perhitungan beban mati Fink 16 m ...132

(10)

Tabel 4.18. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Fink 12 m...152

Tabel 4.21. Rekapitulasi sambungan pada rangka atap baja ringan Fink ...163

Tabel 4.22. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Pratt 12 m...165

Tabel 4.25. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Howe 12 m...167

Tabel 4.28. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Fink 12 m ...170

(11)

i

DAFTAR GAMBAR

Hal.

Gambar 2.1. Proses pembentukan profil baja ringan ...8

Gambar 2.2. Struktur kuda-kuda baja ringan ...11

Gambar 2.3. Tekuk lokal pada penampang langsing ...12

Gambar 2.4. Konsep lebar efektif penampangcold-formed ...13

Gambar 2.5. Jenis profil baja ringan ...15

Gambar 2.6. Elemen dengan pengaku menerima tegangan tekan merata...20

Gambar 2.7. Elemen dengan pengaku dan pelat badan dengan tegangan bergradien...22

Gambar 2.8. Elemen tanpa pengaku mengalami tegangan tekan merata...24

Gambar 2.9(A). Elemen tanpa pengaku dengan tegangan bergradien-kedua tepi dalam tekan ...27

Gambar 2.9(B). Elemen tanpa pengaku dengan tegangan bergradien-satu tepi mengalami tekan dan satu tepi mengalami tarik...27

Gambar 2.10. Elemen dengan pengaku tepi lip sederhana ...29

Gambar 2.11. Elemen-elemen dengan satu pengaku antara ...32

Gambar 2.12(A). Lokasi lebar efektif ...33

Gambar 2.12(B). Lebar pelat dan lokasi pengaku...34

Gambar 3.1. Diagram alir (Flow Chart) ...50

Gambar 4.1. Denah rangka atap baja ringan pratt...58

Gambar 4.2. Model rangka atap baja ringan pratt...59

Gambar 4.3 Distribusi beban mati pada rangka atap baja ringan pratt ...60

Gambar 4.4. Distribusi beban hidup (qL) pratt ...64

Gambar 4.5. Distribusi beban angin kanan(W kanan) rangka atap pratt ...65

(12)

Gambar 4.7. Distribusi beban hujan (H) pada rangka atap pratt...66

Gambar 4.8. Sambungan buhul 1...84

Gambar 4.9. Sambungan buhul 14 ...87

Gambar 4.11 Distribusi beban mati pada rangka atap baja ringan howe...95

Gambar 4.12. Distribusi beban hidup (qL) howe...95

Gambar 4.13. Distribusi beban angin kanan(W kanan) rangka atap howe...100

Gambar 4.14. Distribusi beban angin kiri (W kiri) rangka atap howe...100

Gambar 4.15. Distribusi beban hujan (H) pada rangka atap howe ...107

Gambar 4.19 Distribusi beban mati pada rangka atap baja ringan fink ...130

Gambar 4.20. Distribusi beban hidup (qL) fink...134

Gambar 4.21. Distribusi beban angin kanan(W kanan) rangka atap fink ...135

Gambar 4.22. Distribusi beban angin kiri (W kiri) rangka atap fink ...135

Gambar 4.23. Distribusi beban hujan (H) pada rangka atap fink...136

(13)

i

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

(14)

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

Rasio kelangsingan

c Kelangsingan nondimensi yang digunakan untuk menentukan fn

ν Angka Poisson

Faktor reduksi kapasitas sekrup yang menerima miring dan tumpu

c Faktor reduksi pada elemen tekan

t Faktor reduksi pada elemen tarik