BAB 1
KONSEP PERANCANGAN STRUKTUR
1.1. Dasar Perancangan
SNI – 03 – 1729 – 2002, Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung.
SKBI-1.3.53.1987, Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung.
AISC Steel Construction Manual 13th Edition.
1.2. Kriteria Desain
1.2.1. Gambaran Umum
Bangunan yang akan didesain adalah bangunan hanggar pesawat pribadi 1 lantai dimana material yang digunakan adalah baja. Bangunan hanggar pesawat ini berdimensi 18x36 m dengan luas 648 m2 dan memiliki tinggi 10 meter.
1.2.2. Pembebanan dan Material 1.2.2.1. Pembebanan
Pembebanan yang akan dianalisis pada perancangan ini meliputi pembebanan mati, hidup, angin, dan hujan.
1.2.2.2. Material
Material yang digunakan adalah sepenuhnya profil baja dimulai untuk kolom, balok, atap, dan sambungannya.
1.3. Sistem Struktur
1.3.1. Struktur Rangka
Struktur kerangka atau skeleton terdiri atas komposisi kolom-kolom dan balok-balok. Kolom sebagai unsur vertikal berfungsi sebagai penyalur beban dan gaya menuju tanah, sedangkan balok adalah unsur horisontal yang berfungsi sebagai pemegang dan media pembagian
beban dan gaya ke kolom. Kedua unsur ini harus tahan terhadap tekuk dan lentur.
1.4. Modelisasi
Perancangan dilakukan dengan menggunakan 2 metode yaitu manual dan dengan menggunakan komputer. Dalam analisis perhitungan secara manualnya berpedoman pada SNI 03-1729-2002 dan AISC Steel Construction Manual 13th Edition. Struktur dimodelkan pada program SAP 2000 dengan analisa 2 dimensi pada perhitungan kuda-kuda. Konsep perhitungan menggunakan LRFD (Load Factored Resistence Design).
1.5. Analisa Pembebanan 1.5.1. Beban Mati
Berat sendiri elemen struktur terdiri dari berat sendiri dari elemen struktur kolom, balok, dan atap.
1.5.2. Beban Hidup
1.5.3. Kombinasi pembebanan
Berdasarkan beban-beban tersebut di atas maka struktur baja harus mampu memikul semua kombinasi pembebanan di bawah ini:
1,4D
1,2D + 1,6 L + 0,5 (La atau H)
1,2D + 1,6 (La atau H) + (γ L L atau 0,8W) 1,2D + 1,3 W + γ L L + 0,5 (La atau H)
Keterangan:
D adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap.
L adalah beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-lain.
La adalah beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda bergerak.
H adalah beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air. W adalah beban angin.
1.6. Pengecekan Parameter Struktur 1.6.1. Batas Kemampuan Layan
Menurut SNI 03-1729-2002 tentang tata cara perencanaan struktur baja untuk bangunan gedung, sistem struktur dan komponen struktur harus direncanakan untuk keadaan kemampuan-layan batas. Lendutan akibat beban dalam keadaan kemampuan-layan batas harus ditentukan berdasarkan metode analisis elastis pada Butir 7.4 dengan semua faktor amplifikasi diambil sama dengan satu. Lendutan harus memenuhi Butir 6.4.3;
1.6.2. Batas Kelangsingan
Untuk batang-batang yang direncanakan terhadap tekan, angka perbandingan kelangsingan λ=Lk/r dibatasi sebesar 200. Untuk batang-batang yang direncanakan terhadap tarik, angka perbandingan kelangsingan L/r dibatasi sebesar 300 untuk batang sekunder dan 240 untuk batang primer.
1.7. Desain Struktur
Setelah bangunan dimodelkan dan dianalisis hasil serta dilakukan pengecekan parameter struktur dan hasilnya memenuhi, selanjutnya dilakukan desain sambungan.
BAB 2
BAB 3
PERENCANAAN GORDING
Perhitungan atap dibagi menjadi beberapa klasifikasi perencanaan yaituperencanaan gording, perencanaan kuda-kuda, dan perencanaan sambungan. Secara umum, material yang digunakan untuk penutup atap adalah baja dengan kualitas A-36. Kualitas material diseragamkan dalam penggunaan gording, kuda-kuda, dan sambungan.
3.1. Gambar Desain Rencana Gording
Gambar . Desain Kuda-Kuda
Desain kuda-kuda (seperti pada gambar di atas) yang akan direncanakan yaitu merupakan tipe Modified Fan (triple fans) yang pada umumnya memiliki bentang 44 – 60 ft atau sekitar 13 – 18 meter. Desain kuda-kuda ini dirancang sebagai rangka penutup pada bangunan hanggar pesawat pribadi yang memiliki dimensi 18 x 36 m, yang desain denahnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar . Desain Rencana Bangunan Hanggar Pesawat Pribadi
3.2. Spesifikasi Umum Perencanaan Baja
Mutu Baja : A-36
Modulus Elastisitas ( E ) : 200 GPa Modulus Geser ( G ) : 79,3 GPa Poisson Ratio ( μ ) : 0,26
Koefisien Pemuaian ( α ) : 12 x 10-6/oC Tegangan Leleh ( σy ) : 250 Mpa Tegangan Dasar ( σ ) : 152 Mpa Tegangan Putus ( fu ) : 400 – 550 MPa Tegangan Geser ( τ ) : 92.8 Mpa
Gording
Jenis Profil : Profil Kanal C 6 x 13
Acuan : AISC Steel Construction Manual,13th Edition
H (web channal) 15,240 cm
bf (flange channal) 5,486 cm
t1 (web thickness) 1,11 cm
t2 (flange thickness) 0,871 cm
Section area (A) 24,581 cm2
Mass per metre (W) 19,296 kg/m
Moment of inertia Ix 720,080 cm4 Iy 43,704 cm4 Radius of gyration rx 5,410 cm ry 1,331 cm Plastic modulus Zx 119,462 cm3 Zy 22,123 cm3 Elastic modulus Sx 94,717 cm3 Sy 10,455 cm3 Torsional constant J 9,865 cm4 Warping constant Cw 1930,773 cm6 Kuda-Kuda
Jarak Antar Kuda-Kuda : 4 m
Atap
Penutup Atap : Atap Zincalcume Lysaght Spandek AZ-150 Berat Penutup Atap : 4,55 kg/m2
Kemiringan Atap : 24o
3.3. Pembebanan Gording
Beban Mati/Dead Load (DL)
Berat Sendiri Gording =19,296kg/m
Berat Penutup Atap
1,64m (Jarak Gording) x 4,55 kg/m2 = 7,462kg/m Total Beban Mati Gording (qDL) = 26,758kg/m
Beban Pekerja (La)
Berat 2 Orang Pekerja = 200 kg
Beban Angin (W)
P, Wind Pressure (Psf) = 0,00256 x v2 (V= wind speed in Mph) P = 0,00256 x ( 62,137)2 psf = 48,27kg/m2
Koefisien Angin Tekan = 0.02α – 0.4
= 0,02(24°) - 0,4 = 0,08
Angin Tekan= koefisien angin tekan x tekanan tiup angin x jarak gording = 0,08 x 48,27 kg/m2 x1,64 m = 6,333 kg/m
Koefisien Angin Hisap = - 0,4
Angin Hisap= koefisien angin hisap x tekanan tiup angin x jarak gording = -0,4 x 48,27 kg/m2 x 1,64 m = –31,665 kg/m
Beban Hujan (Ha)
Berat hujan dihitung dengan rumus = (40 – 0.8α) kg/m2
Berat hujan = 40 – 0,8 x 24
= 20,8 kg/m2 Beban Hujan (Ha)
Berat Hujan x Jarak Gording = 20,8 x 1,64 = 34,112 kg/m
3.4. Mekanisme Pembebanan Gording Beban Mati/Dead Load (DL)
qDL = 26,758 kg/m
Gambar 3. Skema Pembebanan akibat Dead Load (DL)
qx = qDL x sin 24 ° = 26,758 kg/m x sin 24° = 10,88 kg/m qy = qDL x cos24 ° = 26,758 kg/m x cos 24° = 24,44kg/m Mx = 1/8 x qy x L2 = 1/8 x 24,44 x 42 = 48,89 kg.m My = 1/8 x qx x L2 = 1/8 x 10,88 x 42 = 21,77 kg.m Vx = 1/2 x qxx L = 1/2 x 10,88 x 4 = 21,77 kg.m Vy = 1/2 x qyx L = 1/2 x 24,44 x 4 = 48,89 kg.m
Beban Pekerja (La) Pa = 200 kg
Gambar 4. Skema Pembebanan akibat Beban Pekerja (La)
Pax = Pa x sin 24 ° = 200 kg x sin 24° = 81,35kg/m Pay = Pa x cos 24° = 200 kg x cos 24° = 182,71kg/m Max = 1/4 x Pay x L = 1/4 x 182,71 x 4 = 182,71kg.m May = 1/4 x Pax x L = 1/4 x 81,35 x 4 = 81,35kg.m Vx = 1/2 x Pax = 1/2 x 81,35 = 91,35kg.m Vy = 1/2 x Pay = 1/2 x 182,71 = 40,67kg.m Beban Angin (W)
Karena beban angin bekerja tegak lurus sumbu x maka hanya ada Mx.
Gambar 5. Skema Pembebanan akibat Beban Angin (DL)
Angin Tekan (W = 6,33 kg/m)
Mx = 1/8 x qyx L2 = 1/8 x 6,33 x 42 = 12,67kg.m
Vy = ½ x qy x L = ½ x 6,33 x 4 = 12,66 kg
Angin Hisap tidak diperhitungkan karena mengurangi beban struktur.
Beban Hujan (H) H = 34,112 kg/m
Gambar 6. Skema Pembebanan akibat Beban Hujan (H)
qx = qhujan x sin 24 ° = 34,112 kg/m x sin 24° = 13,87kg/m
qy = qhujan x cos 24 ° = 34,112 kg/m x cos 24° = 31,16kg/m
Mx = 1/8 x qy x L2 = 1/8 x 31,16 x 42 = 62,33kg.m
My = 1/8 x qx x L2 = 1/8 x 13,87 x 42 = 27,75kg.m
Vx = 1/2 x qxx L = 1/2 x 13,87 x 4 = 27,75kg.m
Vy = 1/2 x qyx L = 1/2 x 31,166 x 4 = 62,33kg.m
3.5. Kombinasi Beban
Berdasarkan hasil perhitungan momen lentur didapatkan hasil sebagai berikut:
Tabel . Hasil perhitungan momen akibat Pembebanan
Beban Mx My
Beban mati (D) 48,89 21,77
Beban pekerja (La) 182,71 81,35
Beban angin (W) 12,67 0
Tabel . Kombinasi Pembebanan
Sehingga didapat nilai momen ultimate : Mux = 351,00 kg.m
Muy = 166,41 kg.m
Syarat: Mu ≤ ф .Mn (dimana ф = 0.9 dan Mn = Kuat lentur nominal penampang) Mux ≤ ф .Mnx 351,00 x 104 N.mm ≤ 0.9 x Mnx Mnx ≥ 390,00 x 104 N.mm Muy ≤ ф .Mny 166,41 x 104 N.mm ≤ 0.9 x Mny Mny ≥ 184,9 x 104 N.mm
Jika Mn = Mp, Mp = σy.Z (σy A-36 = 250 MPa) Mpx = σy.Zx
390,00 x 104 N.mm = 250 N/mm2 . Zx
Zx = 15.600 mm3 = 15,60 cm3 Zxbeban< Zxprofil → profil sesuai!
Mpy = σy.Zy
312,63 x 104 N.mm = 250 N/mm2 . Zy
Zy = 7.396 mm3 = 7,40 cm3 Zybeban< Zyprofil → profil sesuai!
Kombinasi Momen Mux (kg.m) Muy (kg.m) 1.4D 68,44 30,47 1.2D + 1.6L + 0.5La 150,02 66,79 1.2D + 1.6L + 0.5H 89,83 39,99 1.2D + 1.6La + 0.8W 351,00 166,41 1.2D + 1.6H + 0.8W 158,39 80,65 1.2D + 1.3W + 0.5La 150,02 83,26 1.2D + 1.3W + 0.5H 89,83 56,46
3.6. Perencanaan Profil untuk Gording
Dari profil yang dipilih, dilakukan pengecekan apakah profil tersebut memiliki kategori compact, non-compact, ataupun slender. Pengecekan dilakukan baik pada sumbu kuat ataupun sumbu lemah. Berikut adalah tabel dari rasio kelangsingan (slenderness ratio) untuk jenis profil kanal C.
Tabel . Slenderness Ratio
Element λ λp Λr Flange √ ⁄ √ ⁄ Web √ ⁄ √ ⁄ Flange (sayap) √ ⁄ √ λ ≤ λp (compact shape) Web (badan) √ ⁄ √ λ ≤ λp (compact shape)
Jika ditinjau dari sumbu kuatnya, profil yang dipilih termasuk profil compact.
Kontrol terhadap Lateral Torsional Buckling Lb = 4000 mm
√ √
karena Lp< Lb maka kondisi plastis tidak tercapai sehingga Mn akan
mengalami reduksi. ( ) (√ ) ( ) (√( ) ( ) ( ) ) ( ) ( ) (( ) ( )) ( ) ( ) √ √ di mana: fL = fy – fr
fr = tegangan tekan residual = 70 Mpa
fL = (250–70) Mpa
= 180 Mpa
sehingga :
( ) ( ) √ √ ( ) ( )
Perhitungan untuk Cb
Berdasarkan SNI Baja Pasal 8.3.1, Cb dihitung dengan rumus
Dengan
MA = momen sejarak seperempat bentang
MB = momen di tengah bentang
MC = momen sejarak tiga per empat bentang
Nilai Cb tidak lebih dari 2,3
Untuk itu, diperlukan perhitungan MA, MB dan MC akibat kombinasi
pembebanan
1.2D + 1.6La + 0.8W. Perhitungan nilai Cb akibat beban terbagi merata dan beban terpusat disajikan sebagai berikut
Gambar . Analisis nilai Cb akibat beban terbagi merata
Sehingga, didapatkan nilai momennya Beban Mati (D)
Momen terhadap sumbu x qy = 24,44 kg/m
MA = MC = (3/32) x (24,44) x 42 = 36,67 kg.m
MB= (1/8) x (24,44) x 42 = 48,887 kg.m
Momen terhadap sumbu y qx = 10,88kg/m
MA = MC = (3/32) x (10,88) x 42 = 16,33 kg.m
MB= (1/8) x (10,88) x 42 = 21,77 kg.m
Beban Pekerja (La) Momen terhadap sumbu x Py= 182,71kg
MA = MC = (1/8) x (182,71) x 4 = 91,35 kg.m
MB= (1/4) x (182,71) x 4 = 182,71 kg.m
Momen terhadap sumbu y Px = 81,35 kg
MA = MC = (1/8) x (81,35) x 4 = 40,67kg.m
MB= (1/4) x (81,35) x 4 = 81,35 kg.m
Beban Angin (W)
Momen terhadap sumbu x qy = 6,33kg/m
MA = MC = (3/32) x (6,33) x 42= 9,49 kg.m
MB= (1/8) x (6,33) x 42 = 12,6 kg.m
Momen terhadap sumbu y q = 0
MA = MC = 0 kg.m
Sehingga, dengan kombinasi pembebanan yang ada didapat nilai MA, MB dan MC MAx = MCx = 1.2D + 1.6La + 0.8W = 1.2(36,67) + 1.6(91,35) + 0.8(9,49) = 197,77 kg.m MAy = MCy = 1.2D + 1.6La + 0.8W = 1.2(16,33) + 1.6(40,67) + 0.8(0) = 84,87 kg.m Mmax x = MBx = 361,134 kg.m Mmax y = MBy = 156,27kg.m
Maka, dapat diperoleh nilai Cb
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Dari nilai Cb, dapat dicari kuat nominal terhadap lenturnya, yaitu [ ( ) ( )]
( ) ( )
( ) ( )
[ ( ) (
)] =
Maka kuat nominal tereduksinya
фMnx = 0.9 x = 19.928.790N.mm
фMny = 0.9 x = 5.563.493 N.mm
sedangkan
Mux = 3.510.012 N.mm
Muy = 1.664.084 N.mm
Karena фMnx > Mux dan фMny > Muy, maka profil ini kuat terhadap lateral torsional buckling.
Kontrol akhir momen (yang disebabkan momen tidak simetris)
0,478< 1, maka profil ini aman!
Kontrol Terhadap Geser
Tabel 3. Hasil perhitungan gaya geser akibat Pembebanan
Beban Vx Vy
Beban mati (D) 10,88336 24,44444
Beban pekerja (La) 81,34733 182,7091
Beban angin (W) 0 6,333024
Lintang maksimum Vux = 172,2873 kg
Vuy = 168,5206 kg
Perhitungan ini didasarkan pada SNI baja Pasal 8.8.2 λ = = = 13,73
√ √
Karena √ maa digunakan rumus kuat geser pada pasal 8.8.3 фVnx = ф x 0.6 x fy x Aw
= 0.9 x 0.6 x 250 x 1498,28 = 202267,8 N
Karena фVnx> Vux dan фVny> Vuy, profil yang digunakan aman terhadap kuat geser
Kombinasi V Vux (kg) Vuy (kg)
1.4D 30,47342 68,44442 1.2D + 1.6L + 0.5La 71,79735 79,00348 1.2D + 1.6L + 0.5H 39,99468 89,82951 1.2D + 1.6La + 0.8W 172,2873 133,8774 1.2D + 1.6H + 0.8W 80,65163 168,5206 1.2D + 1.3W + 0.5La 88,26321 95,46934 1.2D + 1.3W + 0.5H 56,46054 106,2954 Maximum 172,2873 168,5206 фVny = ф x 0.6 x fy x Af = 0.9 x 0.6 x 250 x 955,66 = 129014,1 N
Kontrol terhadap Lendutan Ijin Lendutan Izin
Sehingga Lendutan Izin
(√ ) Lendutan total ∑ ∑ (√ ) δijin (memenuhi)
BAB 4
PERENCANAAN KUDA-KUDA
4.1. Gambar Desain Rencana Kuda-Kuda
Proses desain diawali dengan menentukan desain struktur dan material yang akan digunakan sebagai material kuda-kuda. Bentang kuda-kuda dan tinggi kuda-kuda disesuaikan dengan bentang melintang bangunan.
Gambar. Desain perencanaan kuda-kuda
4.2. Spesifikasi Profil Rangka Kuda-Kuda
Sebagai struktur utama kuda-kuda digunakan profil baja siku ganda 2L 2x2x1/8 inch dan 2L 2x2x3/16 inch. Berikut spesifikasi dari profil yang dipilih secara mendetail beserta sambungan dan pelat penyambung,
Tabel . Data profil baja rangka kuda-kuda Profil yang digunakan Double-angle 2L 2 x 2 x 1/8 inch Double-angle 2L 2 x 2 x 3/16 inch W 4,973 kg/m 7,293 kg/m Ag 633,547 mm2 929,03 mm2 b 50,8 mm 50,8 mm d 50,8 mm 50,8 mm t 3,175 mm 4,763 mm Ix 157335,479 mm4 225181,201 mm4 rx 15,748 mm 15,545 mm ry 20,777 mm 21,107 mm Fy 250 MPa 250 MPa x 13,564 mm 14,249 mm Fu 400-550 MPa 400-550 MPa Tebal Gusset 0,635 cm 0,635 cm
Bolt A307 Diasumsikan perkuatan 3 baut dalam 1 baris D bolt 12,7 mm 12,7 mm D hole 15,875 mm 15,875 mm A bolt 126,613 mm2 126,613 mm2 Spacing 40 mm 40 mm 4.3. Pembebanan Kuda-kuda
Simulasi pembebanan dikelompokkan menjadi beban mati, beban hidup, beban hujan, dan beban angin. Beban mati pada atap dikelompokkan menjadi dua, yaitu beban mati atas dan beban mati bawah. Beban mati atas terdiri dari berat penutup atap (gording dan penutup atap). Beban mati bawah terdiri dari berat sendiri kuda-kudadan berat penggantung plafond (tidak menggunakan plafond.
Tabel 5. Spesifikasi penutup atap Spesifikasi
Jenis Penutup Atap Zincalcume Lysaght Spandek AZ-150
Berat Penutup Atap 4,55 kg/m2
Jarak Gording 1,64 m
Berat Penggantung Langit-Langit 7 kg/m2
Jarak Antar Kuda-Kuda 4 m
Beban Mati (DL) Beban Mati Atas
Beban-beban mati yang berada di atas kuda-kuda akan ditransfer menjadi beban titik. Adapun distribusi beban mati atas ialah sebagai berikut:
Gambar 10. Distribusi pembebanan penutup atap dan gording
Tengah : Ujung : ( )
Beban Mati Bawah
Beban mati bawah terdiri dari berat kuda-kuda sendiri, berat penggantung plafond (tidak memakai langit-langit). Profil kuda-kuda yang dipakai adalah profil double-angle : 2L (2 x 2 x 1/8) inch dan 2L (2 x 2 x 3/16). Setiap batang kuda-kuda mempunyai panjang yang berbeda-beda, maka diperlukan perhitungan khusus. Setiap titik kumpul menanggung beban setengah bagian rangka bagian kanan dan kirinya. Beban yang didistribusikan ke masing-masing titik merupakan berat dari batang di sekitarnya, berikut adalah contoh distribusinya:
- Titik A merupakan pusat distribusi beban dari berat setengah batang 1 dan 9.
- Titik B merupakan pusat distribusi beban dari berat setengah batang 1, 2, 9, 10, 28, dan berat penuh dari batang 21.
- Titik C merupakan pusat distribusi beban dari berat setengah batang 2, 3, 10, 11, 28, 29, dan berat penuh dari batang 22.
Gambar . Rangka batang kuda-kuda
Berat dari masing-masing batang diperoleh dari berat batang per meter dikalikan dengan panjang batang sendiri. Adapun distribusi penggunaan profil baja terdapat pada gambar berikut ini.
Gambar . Pemilihan profil baja untuk rangka kuda-kuda
Batang atas : 2L 2x2x3/16 inch Batang bawah : 2L 2x2x1/8 inch Batang tegak : 2L 2x2x1/8 inch Batang diagonal : 2L 2x2x3/16 inch
Adapun panjang dari masing-masing batang adalah sebagai berikut. Tabel 6. Panjang Masing-Masing Batang
( ) Tengah : ( ) Ujung : ( ) ( ) ( ) Batang Panjang (m) 1 1,5 2 1,5 3 3 4 3 5 3 6 3 7 1,5 8 1,5 9 1,64 10 1,64 11 1,64 12 1,64 13 1,64 14 1,64 15 1,64 16 1,64 17 1,64 18 1,64 19 1,64 Batang Panjang (m) 20 1,64 21 0,67 22 1,33 23 2,67 24 4 25 2,67 26 1,33 27 0,67 28 1,64 29 2,5 30 2,5 31 3,65 32 3,65 33 3,65 34 3,65 35 2,5 36 2,5 37 1,64
Tabel . Beban Mati Bawah Tiap Titik
Sehingga pembebanan struktur kuda-kuda akibat Dead Load menjadi seperti berikut ini:
Gambar . Skema pembebanan kuda-kuda akibat Dead Load (DL)
Beban Pekerja (La)
Untuk beban pekerja digunakan berat 2 orang ditambah berat peralatan dengan total berat 200 kg. Pembebanan yang terjadi pada kuda-kuda akibat beban pekerja (La) ditampilkan sebagai berikut.
TITIK BERAT PLAFOND (kN) BERAT KUDA-KUDA (kN) TOTAL BEBAN BAWAH A 0,21 0,0971 0.31 B 0,42 0,2873 0.71 C 0,63 0,4486 1.08 D 0,84 0,6258 1.47 E 0,84 0,7339 1.57 F 0,84 0,6258 1.47 G 0,63 0,4486 1.08 H 0,42 0,2873 0.71 I 0,21 0,0971 0.31
Gambar . Skema pembebanan kuda-kuda akibat Beban Pekerja (La)
Beban Angin (W)
Beban angin terdiri dari 2 jenis, yaitu beban angin tekan (yang datang menuju atap) dan beban angin hisap (yang menjauhi atap dan bersifat menghisap/mengangkat atap).Tekanan tiup angin = 48,27 kg/m2
Angin Muka ( ) ( ) Angin Belakang
Setelah mengetahui besarnya beban angin untuk setiap luasan, maka apabila beban-beban tersebut ditransfer menuju rangka kuda-kuda, terdapat dua proyeksi beban anginnya, yaitu proyeksi vertikal dan proyeksi horizontal. Berikut perhitungannya.
o Proyeksi Vertikal Beban Angin Angin Muka
Angin Belakang
o Proyeksi Horizontal Beban Angin Angin Muka Angin Belakang
Gambar . Skema pembebanan kuda-kuda akibat Beban Angin (W)
Beban Hujan (H)
Beban hujan yang jatuh di atas atap akan membebani kuda-kuda yang penyaluran bebannya tergantung dari kemiringan atap. Berat hujan dihitung dengan rumus (40 – 0,8α) kg/m2. Berikut penentuan beban atap akibat hujan.
( )
Tengah :
Ujung : ( )
Gambar . Skema pembebanan kuda-kuda akibat Beban Hujan (H)
4.4. Gaya Dalam Aksial Tiap Batang
Berdasarkan pembebanan pada sub-bab sebelumnya, dapat digambarkan diagram gaya dalam aksial sehingga diperoleh nilai gaya-gaya dalam batang dan sifatnya (tarik-tekan). Berikut gambar maupun ringkasan gaya-gaya dalam tiap batang.
Akibat Dead Load (DL)
Akibat Beban Pekerja (La)
Gambar . Gaya dalam aksial kuda-kuda akibat Beban Pekerja (La)
Akibat Beban Angin (W)
Gambar . Gaya dalam aksial kuda-kuda akibat Beban Angin (W)
Akibat Beban Hujan (H)
Tabel . Gaya dalam aksial batang akibat pembebanan
Lokasi Batang Panjang (m)
Gaya Dalam Aksial Batang (kN) DL (Dead
Load) La (Pekerja) W (Angin) H (Hujan)
B a ta ng B a wa h 1 1,5 22.47 24.75 0.72 16.96 2 1,5 22.47 24.75 0.72 16.96 3 3 18.16 20.25 0.07 13.87 4 3 14.21 15.75 -0.58 10.79 5 3 14.21 15.75 -2.47 10.79 6 3 18.16 20.25 -5.6 13.87 7 1,5 22.47 24.75 -8.73 16.96 8 1,5 22.47 24.75 -8.73 16.96 B a ta ng At a s (K iri) 9 1,64 -24.59 -27.09 3.47 -18.55 10 1,64 -22.38 -24.62 3.7 -16.87 11 1,64 -22.38 -24.62 3.58 -16.87 12 1,64 -17.96 -19.7 4.17 -13.49 13 1,64 -17.96 -19.7 4.05 -13.49 14 1,64 -13.5 -14.77 4.65 -10.12 B a ta ng At a s (ka na n) 15 1,64 -13.5 -14.77 4.4 -10.12 16 1,64 -17.96 -19.7 7.26 -13.49 17 1,64 -17.96 -19.7 6.69 -13.49 18 1,64 -22.38 -24.62 9.55 -16.87 19 1,64 -22.38 -24.62 8.98 -16.87 20 1,64 -24.59 -27.09 10.12 -18.55 B a ta ng T eg a k 21 0,67 0.71 0 0 0 22 1,33 -1.08 -2 -0.29 -1.37 23 2,67 -1.08 -2 -0.29 -1.37 24 4 9.89 10 -2.76 6.85 25 2,67 -1.08 -2 1.39 -1.37 26 1,33 -1.08 -2 1.39 -1.37 27 0,67 0.71 0 0 0 B a ta ng M iring (K iri) 28 1,64 -2.21 -2.46 -0.36 -1.69 29 2,5 3.82 3.75 0.54 2.57 30 2,5 -2.92 -3.75 -0.54 -2.57 31 3,65 5.36 5.48 0.79 3.76 32 3,65 -4.56 -5.48 -0.79 -3.76 B a ta ng M iring ( K a na n) 33 3,65 -4.56 -5.48 3.81 -3.76 34 3,65 -1.08 5.48 -3.81 3.76 35 2,5 -2.92 -3.75 2.61 -2.57 36 2,5 3.82 3.75 -2.61 2.57 37 1,64 -2.21 -2.46 1.71 -1.69
Tabel . Gaya dalam aksial batang setelah dilakukan kombinasi pembebanan
Lokasi Batang Panjang (m) Kombinasi Pembebanan 1,4 D 1,2 D+1,6L+ 0,5La 1,2 D+1,6L+ 0,5Ha 1,2D+1,6La+ 0,8W 1,2D+1,6H+ 0,8W 1,2D+1,3W+ 0,5La 1,2D+1,3W+ 0,5H B a ta n g B a w a h 1 1.5 31.458 39.339 27.464 67.14 54.676 40.275 36.38 2 1.5 31.458 39.339 27.464 67.14 54.676 40.275 36.38 3 3 25.424 31.917 22.292 54.248 44.04 32.008 28.818 4 3 19.894 24.927 17.552 41.788 33.852 24.173 21.693 5 3 19.894 24.927 17.552 40.276 32.34 21.716 19.236 6 3 25.424 31.917 22.292 49.712 39.504 24.637 21.447 7 1.5 31.458 39.339 27.464 59.58 47.116 27.99 24.095 8 1.5 31.458 39.339 27.464 59.58 47.116 27.99 24.095 B a ta n g A ta s (Ki ri ) 9 1.64 -34.426 -43.053 -29.008 -70.076 -56.412 -38.542 -34.272 10 1.64 -31.332 -39.166 -26.356 -63.288 -50.888 -34.356 -30.481 11 1.64 -31.332 -39.166 -26.356 -63.384 -50.984 -34.512 -30.637 12 1.64 -25.144 -31.402 -21.052 -49.736 -39.8 -25.981 -22.876 13 1.64 -25.144 -31.402 -21.052 -49.832 -39.896 -26.137 -23.032 14 1.64 -18.9 -23.585 -15.7 -36.112 -28.672 -17.54 -15.215 B a ta n g A ta s (k a n a n ) 15 1.64 -18.9 -23.585 -15.7 -36.312 -28.872 -17.865 -15.54 16 1.64 -25.144 -31.402 -21.052 -47.264 -37.328 -21.964 -18.859 17 1.64 -25.144 -31.402 -21.052 -47.72 -37.784 -22.705 -19.6 18 1.64 -31.332 -39.166 -26.356 -58.608 -46.208 -26.751 -22.876 19 1.64 -31.332 -39.166 -26.356 -59.064 -46.664 -27.492 -23.617 20 1.64 -34.426 -43.053 -29.008 -64.756 -51.092 -29.897 -25.627 B a ta n g T eg a k 21 0.67 0.994 0.852 1.352 0.852 0.852 0.852 0.852 22 1.33 -1.512 -2.296 -0.796 -4.728 -3.72 -2.673 -2.358 23 2.67 -1.512 -2.296 -0.796 -4.728 -3.72 -2.673 -2.358 24 4 13.846 16.868 12.368 25.66 20.62 13.28 11.705 25 2.67 -1.512 -2.296 -0.796 -3.384 -2.376 -0.489 -0.174 26 1.33 -1.512 -2.296 -0.796 -3.384 -2.376 -0.489 -0.174 27 0.67 0.994 0.852 1.352 0.852 0.852 0.852 0.852 B a ta n g M ir in g (Ki ri ) 28 1.64 -3.094 -3.882 -2.152 -6.876 -5.644 -4.35 -3.965 29 2.5 5.348 6.459 5.084 11.016 9.128 7.161 6.571 30 2.5 -4.088 -5.379 -3.004 -9.936 -8.048 -6.081 -5.491 31 3.65 7.504 9.172 6.932 15.832 13.08 10.199 9.339 32 3.65 -6.384 -8.212 -4.972 -14.872 -12.12 -9.239 -8.379 B a ta n g M ir in g (Ka n a n ) 33 3.65 -6.384 -8.212 -4.972 -11.192 -8.44 -3.259 -2.399 34 3.65 -1.512 1.444 -0.796 4.424 1.672 -3.509 -4.369 35 2.5 -4.088 -5.379 -3.004 -7.416 -5.528 -1.986 -1.396 36 2.5 5.348 6.459 5.084 8.496 6.608 3.066 2.476 37 1.64 -3.094 -3.882 -2.152 -5.22 -3.988 -1.659 -1.274
4.5. Pemeriksaan Batang
Pemeriksaan batang dilakukan terhadap beban terbesar pada batang-batang bawah, atas, tegak dan melintang, dari tabel kita dapatkan beban terbesar : Batang Bawah = 67,14 kN (tarik)
Batang Atas = 70,076 kN (tekan) Batang Tegak = 25,66 kN (tarik) Batang Diagonal = 15,832 kN (tarik)
1. Batang Bawah (Cek terhadap Tarik) a. Cek kekakuan batang tarik
Pada batang bawah, panjang batang terbesar (L) adalah = 3000 mm. Syarat kekakuan batang tarik adalah < 240 (untuk batang primer)
jadi batang memenuhi persyaratan kekakuan.
b. Yielding Strength
Yielding Strength yang dihitung merupakan kekuatan dari profil dua siku. ( ) ( ) kN c. Fracture Strength ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
d. Block Shear Strength
Jenis Kegagalan Block Shear dapat terjadi pada member yang memiliki ketebalan kurang dari member lain pada sambungan. Jika disambung menggunakan gusset plate, maka perlu dilakukan pengecekan ketebalan. Karena 2 tmember ≥ tgusset plate, maka diasumsikan block shear akan terjadi pada gusset plate.
( ) ( )
maka yang terjadi adalah shear fracture, tension yield
[ ] [ ( )] upper limit [ ] [ ( )] kN
jadi block shear strength = 110,826 kN
Karena batang dapat menahan beban aksial ultimate.
2. Batang Atas (Cek terhadap Tekan) a. Cek kekakuan batang tekan
Pada batang atas, panjang batang terbesar (L) adalah = 1640 mm Syarat kekakuan batang tekan adalah < 240
( ) b. Mencari nilai c √ √ Karena 0.25 <c < 1.2 , maka: ( ) ( ) c. Mencari fcr e. Design Strength [ ] [ ]
Karena, yaitu atang dapat menahan beban aksial ultimate.
3. Batang Vertikal (Cek terhadap Tarik) a. Cek kekakuan batang tarik
Pada batang vertikal, panjang batang terbesar (L) adalah = 4000 mm. Syarat kekakuan batang tarik adalah < 240 (untuk batang primer)
Batang tidak memenuhi persyaratan, oleh karena itu pada sumbu x diberikan lateral support pada jarak 2 m, sehingga menjadi
Batang memenuhi persyaratan.
b. Yielding Strength
Yielding Strength yang dihitung merupakan kekuatan dari profil dua siku. ( ) ( ) kN c. Fracture Strength ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
d. Block Shear Strength
Jenis Kegagalan Block Shear dapat terjadi pada member yang memiliki ketebalan kurang dari member lain pada sambungan. Jika disambung menggunakan gusset plate, maka perlu dilakukan pengecekan ketebalan. Karena 2 tmember ≥ tgusset plate, maka diasumsikan block shear akan terjadi pada gusset plate.
( )
maka yang terjadi adalah shear fracture, tension yield
[ ] [ ( )] upper limit [ ] [ ( )] kN
jadi block shear strength = 110,826 kN
Karena batang dapat menahan beban aksial ultimate.
4. Batang Diagonal (Cek terhadap Tarik) a. Cek kekakuan batang tarik
Pada batang diagonal, panjang batang terbesar (L) adalah = 3650 mm. Syarat kekakuan batang tarik adalah < 240 (untuk batang primer)
jadi batang memenuhi persyaratan kekakuan.
b. Yielding Strength
Yielding Strength yang dihitung merupakan kekuatan dari profil dua siku.
( ) kN c. Fracture Strength ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
d. Block Shear Strength
Jenis Kegagalan Block Shear dapat terjadi pada member yang memiliki ketebalan kurang dari member lain pada sambungan. Jika disambung menggunakan gusset plate, maka perlu dilakukan pengecekan ketebalan. Karena 2 tmember ≥ tgusset plate, maka diasumsikan block shear akan terjadi pada gusset plate.
( ) ( )
maka yang terjadi adalah shear fracture, tension yield
[ ]
[ ( )]
upper limit
[ ]
[ ( )] kN
jadi block shear strength = 110,826 kN
Karena batang dapat menahan beban aksial ultimate.
4.6. Pemeriksaan Baut
Baut diasumsikan diperbolehkan untuk terjadi slip dan sama pada setiap batang, sehingga pemeriksaan baut menggunakan batang dengan beban terbesar sebesar 67,14 kN. Baut diasumsikan bermutu A-307 dan banyaknya baut adalah 3 baut dalam 1 baris.
Pemeriksaan baut : 1. Shear Strength
Single Shear Strength
( ) ( )
Double Shear Strength
( ) ( )
2. Bearing Strength Profil 2x2x1/8
Member (1 siku) – tmember = 0.64 cm Ujung member
( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( ) 56,739 kN Tengah member ( ) ( ) ( ) ( ) 62,043 kN
Total Bearing Strength
(dua siku)
Profil 2x2x3/16
Member (1 siku) – tmember = 0.64 cm Ujung member ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 85,118 kN
Tengah member ( ) ( ) ( ) ( ) 93,075 kN
Total Bearing Strength
(dua siku)
3. Bearing Strength gusset plate
Member (1 siku) – tmember = 0,64 cm Ujung gusset ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 56,739 kN Tengah member
( ) ( ) ( )
( )
62,043 kN
Total Bearing Strength
Jadi, kekuatan sambungan dari struktur kuda-kuda adalah sebesar 96,118 kN, sementara gaya batang tarik terbesar pada struktur adalah sebesar 67,14 kN. Karena itu, profil baut cukup kuat untuk dijadikan sambungan dari struktur kuda-kuda.
4.7. Pemeriksaan Lendutan
Besar lendutan di tengah bentang kuda-kuda dicari dengan metode virtual work yaitu:
∑
(Hibbler, Structural Analysis, p.303) dimana :
1 = beban 1 satuan (virtual) yang diletakkan pada titik yang akan dicari besar lendutannya (kg)
Δ = besar lendutan yang terjadi pada suatu titik (m) N = gaya dalam batang akibat gaya luar (kg)
n = gaya dalam batang akibat beban 1 satuan (kg) L = panjang batang (m)
A = luas permukaan profil batang (cm2) E = modulus elastic profil batang (kg/cm2)
Gaya dalam batang akibat gaya luar yang digunakan adalah gaya dalam yang diambil dari penjumlahan beban mati dan beban hidup, karena 2 beban tersebut diasumsikan yang paling memberikan beban terbesar dan beban yang selalu ada. Sedangkan gaya dalam akibat gaya 1 satuan diletakkan pada tengah bentang bawah kuda-kuda. Untuk mempermudah perhitungan, digunakan tabulasi dari nilai-nilai diatas sehingga diperoleh total dari masing-masing nilai. Berikut adalah perhitungan dari lendutan,
Tabel . Pemeriksaan Lendutan Batang N (kN) n (kN) L N x n x L A x E (kN) (N x n x L)/(A x E) 1 78.64 1.13 1.5 133.2948 1406448.8 0.095 2 78.64 1.13 1.5 133.2948 1406448.8 0.095 3 63.41 1.13 3 214.9599 1406448.8 0.153 4 49.99 1.13 3 169.4661 1406448.8 0.120 5 49.99 1.13 3 169.4661 1406448.8 0.120 6 63.41 1.13 3 214.9599 1406448.8 0.153 7 78.64 1.13 1.5 133.2948 1406448.8 0.095 8 78.64 1.13 1.5 133.2948 1406448.8 0.095 9 -86.06 -1.23 1.64 173.600232 1406448.8 0.123 10 -78.59 -1.23 1.64 158.531748 1406448.8 0.113 11 -78.59 -1.23 1.64 158.531748 1406448.8 0.113 12 -62.89 -1.23 1.64 126.861708 1406448.8 0.090 13 -62.76 -1.23 1.64 126.599472 1406448.8 0.090 14 -48.07 -1.23 1.64 96.966804 1406448.8 0.069 15 -48.07 -1.23 1.64 96.966804 1406448.8 0.0689 16 -62.76 -1.23 1.64 126.599472 1406448.8 0.090 17 -62.89 -1.23 1.64 126.861708 1406448.8 0.090 18 -78.59 -1.23 1.64 158.531748 1406448.8 0.113 19 -78.59 -1.23 1.64 158.531748 1406448.8 0.113 20 -86.06 -1.23 1.64 173.600232 1406448.8 0.123 21 2.98 0 0.67 0 1406448.8 0 22 -3.08 0 1.33 0 1406448.8 0 23 -3.02 0 2.67 0 1406448.8 0 24 35.97 0 4 0 1406448.8 0 25 -3.02 0 2.67 0 1406448.8 0 26 -3.08 0 1.33 0 1406448.8 0 27 2.98 0 0.67 0 1406448.8 0
28 -7.46 0 1.64 0 1406448.8 0 29 14.02 0 2.5 0 1406448.8 0 30 -9.89 0 2.5 0 20320 0 31 17.93 0 3.65 0 20320 0 32 -14.76 0 3.65 0 3810 0 33 -14.76 0 3.65 0 1265343534 0 34 17.93 0 3.65 0 18287963.42 0 35 -9.89 0 2.5 0 5994.4 0 36 14.02 0 2.5 0 32774128 0 37 -7.46 0 1.64 0 10312.4 0
Maka, defleksinya adalah : ∆ =
Menurut SNI 03-1729-2002, lendutan ijin untuk balok biasa adalah L/240, dengan nilai L adalah panjang bentang terbesar rangka batang yaitu 18 m.
∆ijin = ⁄ ⁄
Karena ∆ < ∆ijin, maka lendutan yang terjadi pada rangka batang memenuhi
BAB 5
PERENCANAAN STRUKTUR UTAMA (KOLOM DAN BALOK)
5.1. Perencanaan Kolom
Berdasarkan perhitungan reaksi perletakan pada kuda-kuda, didapatkan nilai gaya aksial ultimate dan gaya geser ultimate sebagai berikut:
Pu = -33,51 kN = -3351 kg
Vu = 3,20 kN = 320 kg
5.1.1. Properti Kolom Rencana
Direncanakan Hanggar Pesawat ini dibangun dengan menggunakan kolom baja dengan profil WF 150 x 150 x 7 x 10
WF 150 x 150 x 7 x 10 d 150 mm bf 150 mm tw 7 mm tf 10 mm r 11 mm H2 108 mm A 40,1 cm2 w 31,51 kg/m Ix 1640 cm4 Iy 563 cm4 rx 6,39 cm ry 3,75 cm Sx 219 cm3 Sy 75 cm3 Zx 240 cm3 Zy 114 cm3 bf/2tf 7,5 h/tw 15,43
Mutu Baja = A36 Fu = 450 MPa Fy = 240 Mpa Fr = 70 Mpa
5.1.2. Kontrol Kelangsingan Penampang Kolom
Untuk melakukan kontrol terhadap kekuatan kolom, terlebih dahulu dilakukan pengontrolan terhadap elemen dari profil WF yang terjadi pada flange dan web untuk menentukan apakah penampang kompak atau tidak. Pada Flange √ √ OKE! Pada Web √ √ OKE!
5.1.3. Kontrol Terhadap Tekuk
Kontrol tekuk dilakukan untuk melihat apakah gaya aksial ultimate yang berasal dari kuda-kuda dapat menyebabkan tekuk pada kolom rencana atau tidak. Adapun pengontrolan terhadap tekuk dilakukan pada dua sumbu, yaitu sumbu kuat (sumbu-x) dan sumbu lemah (sumbu-y) pada penampang kolom ini.
Sumbu Kuat (Sumbu-x)
(K diasumsikan 1,0 untuk perletakan sendi-sendi)
√
√
Untuk > 1,2 digunakan rumus x = 1,25 2 < 1 OKE!
Sumbu Lemah (Sumbu-y)
(K diasumsikan 1,0 untuk perletakan sendi-sendi)
Karena rasio kelangsingan >200, maka diharuskan adanya lateral support pada kolom, sehingga desain rencana kolomnya yaitu dengan bentang bersih 5 m, sehingga menjadi
√
Untuk > 1,2 digunakan rumus y = 1,25 2 < 1 OKE!
5.1.4. Kontrol Terhadap Kuat Geser
Kontrol terhadap kuat geser dilakukan untuk melihat apakah profil mengalami keruntuhan akibat gaya geser atau tidak. Adapun perhitungannya direncanakan sebagai berikut.
√ √
Penampang berada pada zona 1
Vn = 0,6 Fy Aw
= 0,6 x 250 x (108 x 7) = 113,4 kN
Vu < ØVn
3,20 < 0,9 x 113,4
3,2 kN < 102,06 kN OKE!
5.2. Perencanaan Balok (Ringbalk)
Ringbalk berfungsi sebagai balok pengikat kolom pada sistem portal, sehingga beban yang dipikul hanya beban geser dari perletakan pada ujung kolom (menjadi beban aksial pada balok).
5.2.1. Properti Ringbalk Rencana
Ringbalk yang digunakan pada struktur ini menggunakan baja profil WF 100 x 100 x 6 x 8
Mutu Baja = A36 Fu = 450 MPa Fy = 240 Mpa Fr = 70 Mpa
5.2.2. Kontrol Kelangsingan Penampang Ringbalk
Untuk melakukan kontrol terhadap kekuatan ringbalk, terlebih dahulu dilakukan pengontrolan terhadap elemen dari profil WF yang terjadi pada flange dan web untuk menentukan apakah penampang kompak atau tidak. WF 100 x 100 x 6 x 8 d 100 mm bf 100 mm tw 6 mm tf 8 mm r 10 mm H2 64 mm A 21,9 cm2 w 17,19 kg/m Ix 383 cm4 Iy 134 cm4 rx 4,18 cm ry 2,47 cm Sx 77 cm3 Sy 27 cm3 Zx 84 cm3 Zy 41 cm3 bf/2tf 6,25 h/tw 10,67
Pada Flange √ √ OKE! Pada Web √ √ OKE!
5.2.3. Kontrol Terhadap Tekuk
Kontrol tekuk dilakukan untuk melihat apakah gaya aksial ultimate dapat menyebabkan tekuk pada ringbalk rencana atau tidak. Adapun pengontrolan terhadap tekuk dilakukan pada sumbu kuat (sumbu-x) saja.
Sumbu Kuat (Sumbu-x)
(K diasumsikan 1,0 untuk perletakan sendi-sendi)
√ √
Untuk > 1,2 digunakan rumus x = 1,25 2
< 1 OKE!
5.2.4. Kontrol Terhadap Geser
√ √
Penampang berada pada zona 1
Vn = 0,6 Fy Aw
= 0,6 x 250 x (84 x 6) = 75,6 kN
Vu < ØVn
33,166 kN < 0,9 x 75,6
33,166 kN < 68,04 kN OKE!
5.2.5. Kontrol Terhadap Lendutan
Kontrol terhadap lendutan dilakukan untuk melihat apakah lendutan yang terjadi pada balok melebihi lendutan izin atau tidak.
Δizin = mm Δ = Mmax = = 0,748 mm Δ = 11,111 mm < Δizin = 0,748 mm OKE!
BAB 6
