III-1 BAB III
METODE PERANCANGAN
3.1 Kriteria dan Tujuan Perancangan
Dalam dunia konstruksi, tugas dari seorang civil structure engineer adalah melakukan perhitungan struktur baik struktur baja maupun sipil khususnya pondasi, kita dituntut harus berhati-hati, benar dalam asumsi dan cermat dalam melakukannya. Desain yang dihasilkan harus mampu memenuhi kriteria-kriteria desain yaitu antara lain:
- Kuat, artinya masing-masing komponen material harus kuat untuk menahan beban yang dipikulnya, baik akibat beban berat sendirinya dan beban-beban yang bekerja dari luar.
- Kaku, artinya material yang digunakan cukup mampu untuk menahan lendutan atau deformasi yang telah disyaratkan batasannya.
- Stabil, artinya bahwa material cukup mampu untuk menahan tekuk atau puntiran akibat beban yang bekerja.
Dalam melakukan perancangan, perlu kita ketahui untuk apakah tujuan perancangan tersebut dilakukan. Adapun tujuannya antara lain:
- Untuk membuat engineer mendapatkan desain yang aman, layak dan ekonomis.
- Penyediaan catatan sebagai kemungkinan referensi di masa yang akan datang.
- Pemenuhan persyaratan sesuai spesifikasi dan code/international standards terhadap desain yang dikerjakan.
III-2
- Memfasilitasi penentuan akibat yang akan terjadi jika dilakukan modifikasi terhadap struktur dimasa yang datang.
- Memenuhi dan mewujudkan keinginan atau harapan dari pihak owner/klien untuk memiliki bangunan yang sesuai dengan cita-citanya berdasarkan data- data yang diberikan kepada engineer.
3.2 Kriteria Desain Batang Tarik dan Batang Tekan 3.2.1 Kriteria Batang Tarik
Batang yang didesain hanya menerima gaya tarik (tension) harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:
- Nu ≤ φ Nn Dimana:
Nu = gaya aksial terfaktor φ = factor reduksi kekuatan
Nn = kuat tarik rencana
Nilai Nn yang besarnya diambil dari nilai terendah dari dua perhitungan menggunakan harga-harga φ dan Nn di bawah ini:
φ = 0,9 dan Nn = Ag . fy atau φ = 0,75 dan Nn = Ae . fu
Keterangan:
Ag = luas penampang bruto, mm2 fy = tegangan leleh, MPa
Ae = luas penampang efektif, mm2 fu = tegangan taruk putus, MPa
III-3
- Kelangsingan penampang;
λ
> 240 untuk semua komponen struktur utama (untuk profil struktur tarik dari dua buah profil yang saling membelakangi).3.2.2 Kriteria Batang Tekan
Batang yang didesain hanya menerima gaya tekan (compression) harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:
- Nu ≤ φn . Nn
Dimana:
Nu = gaya aksial terfaktor φn = faktor reduksi kekuatan
Nn = kuat tarik rencana - Perbandingan kelangsingan
Kelansingan elemen penampang (Tabel 7.5-1, SNI Baja) <
λ
rdan;Kelangsingan struktur penampang tekan yaitu
λ
> 200.Untuk struktur utama yang menggunakan sistem truss, maka lendutan yang terjadi sangatlah kecil sekali, namun yang perlu diperhatikan adalah kekakuan/kestabilan penampang dari batang tekan dan batang tarik yang digunakan. Untuk sisi flens adalah w/tflens ≤ 30, dimana w adalah b – 2*radius untuk elemen tekan yang tidak dikekang/diperkuat dan untuk web adalah h/tweb ≤ 200 →→→→ (tidak ada pengaku di web) atau h/tweb ≤ 300 →→→→ (pengaku di tengah: intermediate stiffener) (Sumber: Wei Wen Yu).
III-4 3.3 Tahapan Perancangan
Dalam perancangan struktur rangka warehouse ini, saya akan membagi 2 tahapan agar lebih memudahkan dalam pengontrolan dan pengecekannya terhadap hasil desain, yaitu :
3.3.1 Tahap-1: Perencanaan Gording
Perhitungan groding baik untuk atap (purlin) maupun dinding (girt) dilakukan dengan perhitungan manual.
Gambar 3.1 Bagan Alir Perancangan Gording Data-data Purlin yang
dibutuhkan
Perhitungan beban-beban yang bekerja
Cek momen kapasitas dan juga momen puntir
Mencari momen terbesar dari kombinasi pembebanan
Menghitung momen-momen pada purlin
Menghitung lendutan akibat beban yang bekerja
Cek lendutan yang terjadi sesuai kombinasi pembebanan Desain Selesai
(OK)
Jika belum OK
III-5 3.3.2 Tahap-2: Perencanaan Struktur Utama a. Data-Data Bangunan
Informasi awal tentang data-data yang dibutuhkan dalam perancangan sangat penting karena akan menentukan pada tahapan selanjutnya. Pada tahap ini, data yang diperoleh harus dapat dipastikan kebenarannya, misalnya informasi geomatri bangunan seperti panjang bangunan, lebar bangunan, tinggi bangunan, jarak antar kolom, sudut atau derajat kemiringan atap dan kondisi bangunan terbuka atau tertutup.
b. Unit/Satuan
Pada umumnya, satuan yang digunakan dalam perhitungan memakai SI satuan metrik. Kecuali jika perhitungan dibuat sesuai code atau memakai program komputer, yang belum disesuaikan dengan metrik, maka pemakaian satuan konvesional boleh dilakukan. Pada ujungnya, untuk lebih memudahkan padanan dengan satuan yang dipakai oleh disiplin lain, sebaiknya hasil perhitungan dikonversikan ke metrik.
c. Simbol
Simbol yang dipergunakan dalam desain struktur baja seharusnya memiliki konotasi yang sama terhadap AISC Manual of Steel Construction. Simbol- simbol lainnya sebaiknya disamakan dengan Code/International Standards yang berlaku dan dipakai sebagai referensi. Konotasi/pengertian simbol yang dipergunakan dalam perhitungan, secara umum harus dituliskan pada awal
III-6
perhitungan. Gunanya untuk memudahkan pembaca/pemeriksa sewaktu mengkaji dokumen perhitungan tersebut.
3.3.3 Proses Perancangan
Berikut ini adalah gambar bagan alir (flow chart) proses perancangan struktur utama warehouse :
Gambar 3.2. Bagan Alir Perancangan Struktur Utama Warehouse Pengambilan/Perolehan Data
Mulai Desain
Modeling Geometri Struktur
Input Material Properties (Memasukan Jenis Profil)
Setting Parameter (FYLD, KZ, LY, UNT, UNB)
Input Loading (Memasukan beban-beban)
Input Support Joint (Memasukan Jenis Tumpuan)
Run Analysis (Analisa Perhitungan)
Cek Persayaratan Desain (Lendutan & Tegangan) Desain Selesai
(OK)
Jika belum OK
III-7
Tabel 3.1 Deskripsi Setting Parameter Main Structure (Sumber: Technical Reference StaadPro)
Parameter Nilai
(Default) Keterangan
FYLD 36.0 KSI Tegangan leleh baja
KZ 1.0 Nilai K di sumbu lokal Z (arah sumbu kuat profil)
LY Panjang
batang
Panjang batang untuk menghitung rasio kelangsingan tekuk arah sumbu lokal Y
UNT Panjang
batang
Panjang batang tak terdukung (Lh) flense atas*
untuk menghitung kuat lentur. Hanya digunakan jika tekan lentur ada di flens atas.
UNB Panjang
batang
Panjang batang tak terdukung (Lh) flense bawah*
untuk menghitung kuat lentur. Hanya digunakan jika tekan lentur ada di flens bawah.
Keterangan:
*Atas dan bawah menunjukkan sisi positif dan negatif dari aksis lokal Y (lokal aksis Z jika SET Z UP digunakan)
Adapun proses perancangan yang akan dilakukan dengan menggunakan alat bantu hitung atau software StaadPro adalah sebagai berikut:
1. Modeling geometri bangunan
Pada step ini bentuk bangunan dibuat modelnya, tinggi kolom/bangunan, balok kerangka kuda-kuda/sistem truss, balok pengaku arah horizontal, dan ikatan angin (wind bracing). Pada umumnya dibuat satu grid line (frame section) dulu. Kemudian setelah itu, dikopi memanjang sepanjang bangunan dengan jarak antar kolom (bay spacing) yang sama.
III-8 2. Input material properties
Setelah semua geometri selesai dan menjadi sebuah bentuk bangunan, selanjutnya memmasukkan material properties ke dalam setiap member/batang di model geometri bangunan tersebut. Desain warehouse ini hanya menggunakan 2 jenis profil material yaitu lipped channel dan round bar untuk ikatang angin (wind bracing).
3. Input loading (pembebanan)
Beban-beban dimasukkan ke dalam member terutama rafter dan kolom berupa beban mati, beban hidup, beban angin. Termasuk juga kondisi kombinasi pembebanannya.
4. Setting parameter
Parameter desain dimasukkan sesuai dengan keperluannya seperti FYLD (F- yield), Kz (rasio efektif panjang kolom), faktor Lz dan Ly (panjang bebas/tak terkekang dalam local z dan axis y), balok UNT dan UNB (panjang bebas / unbraced length) menghitung kuat ijin tekan balok, check code, steel take off.
5. Run analysis (analisa perhitungan)
Kalkulasi otomatis oleh software akan berjalan dengan sendirinya, kemudian akan keluar warning jika ada input data yang salah, maka harus harus dicek kembali.
III-9 6. Cek tegangan dan lendutan
Setelah run analysis selesai, tegangan dan lendutan dapat dicek, jika sudah sesuai dengan persyaratan maka desain dianggap selesai. Namun jika belum OK, maka akan kembali mengulangi ke langkah 2.
7. Desain selesai
Desain dianggap selesai bila semua tahapan/proses sudah dilakukan dengan benar serta memenuhi persyaratan-persyaratan desain.
3.4 Lendutan, Rasio Kelangsingan dan Rasio Tegangan 3.4.1 Batas-Batas Lendutan
Berdasarkan buku “AISC DESIGN GUIDE 3, 2ND EDITION / SERVICEABILITY DESIGN CONSIDERATIONS FOR STEEL BUILDINGS”, batas-batas lendutan yaitu:
Deflection Item Value Load Conditions
Vertical Purlin L / 150 D + L Girt L / 150 D
Rafter L / 240 D + L (short term live load)
Horizontal Girt L / 150 DL+WL
Column H / 100 DL+WL
Table 3.2 Batas Lendutan Yang Diijinkan
III-10 3.4.2 Rasio Kelangsingan
Untuk bangunan yang didesain dalam kondisi ditekan, rasio kelangsingan KL / r tidak boleh melebihi 200 (ANSI or AISC 360-05). Untuk pengecekan manual bisa menggunakan rumus Euler (terutama untuk member kolom).
3.4.3 Rasio Tegangan
Rasio tegangan (stress ratio) adalah rasio perbandingan tegangan kritis berbanding dengan tegangan yang terjadi, dengan harga harus dibawah 1 (Technical Reference STAADPro).
3.5 Output Data Hasil Perancangan
Data-data keluaran program StaadPro, dapat kita jadikan sebagai informasi hasil perancangan. Data tersebut yang nantinya akan menjadi dasar perhitungan sambungan mulai dari base plate dan angkur (anchor bolt), kolom ke rafter (column to rafter connection, rafter to rafter, dan apex connection. Untuk perhitungan sambungan (connection) dengan menggunakan bantuan software Prokon dan juga perhitungan secara manual.
3.6 Gambar Hasil Perancangan
Gambar dari hasil perancangan adalah bahasa teknik yang digunakan untuk menyampaikan informasi dari engineer kepada orang lain yang membutuhkannya.
Gambar engineering dibuat untuk mendsikripsikan hasil rancangan ke dalam bentuk garis sehingga apa yang menjadi maksud dari tujuan rancangan bisa tercapai.
