Contoh Perancangan Bangunan Baja

1

DESAIN STRUKTUR RANGKA ATAP BAJA BANGUNAN INDUSTRI (MENGGUNAKAN STANDAR SNI 2002)

JURUSAN TEKNIK SIPIL SEKOLAH TINGGI TEKNIK – PLN JAKARTA 2011

2

I.

PERENCANAAN GORDING 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)

=5m

-

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

b.

= 6,13 kg

Berat Atap Berat atap = W x S = 10 x 1,064

Total beban mati

= 10,64 kg = 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 = (40 – 0,8 x 20) x 1,064

= 25,54 kg

3

D. Beban Angin 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.

qW = 34,05 kg/m

qD = 16,67 kg/m PL = 100 kg

qH = 25,54 kg/m

Gambar ……… Pola pembebanan pada gording

4

E. Output Gaya Dalam dari SAP2000 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

1.2D+1.6L

Combination

0

-368.9

-261.32

0

415310.7

1661249.72

Momen Positif 1

2500

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

a.

- Ix

= 137 cm4

- Iy

= 20,6 cm4

- A

= 7,807 cm

- Zx

= 21,9 cm3

- Zy

= 6,22 cm3

- fy

= 250 MPa

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

5

b.

Kontrol terhadap momen positif terbesar Mux

= 1661249.72 N-mm

Muy

= 415310.7 N-mm

Ø

= 0,9

Syarat :

M uy M ux  1  .M nx  .M ny =

1661249,72 415310,7  0,9 x5475000 0,9 x1555000

= 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 :

M uy M ux  1  .M nx  .M ny =

1887918 147097,8  0,9 x5475000 0,9 x1555000

= 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

6

b.

Lendutan arah X

x 

=

5 q D . cos  .L4 PL . cos  .L3  384 E.I x 48.E.I x

5 0,1667 x cos 20 x5000 4 1000 x cos 20 x5000 3  384 200000 x1370000 48 x200000 x1370000

= 4,65 + 8,93 = 13,58 mm < 20,83 mm …….Oke. c.

Lendutan arah Y

y 

=

5 q D . sin  .L4 PL . sin  .L3  384 E.I y 48.E.I y

5 0,1667 x sin 20 x5000 4 1000 x sin 20 x5000 3  384 200000 x206000 48 x200000 x206000

= 11,26 +0,02 = 11,28 mm < 20,83 mm …….Oke. d.

Lendutan total δtotal = =

 x2   y2 13,58 2  11,28 2

= 17,65 mm < 20,83 mm ….. Oke.

7

2. PEMBEBANAN RANGKA ATAP

Gambar …….. Rencana Gudang

Data : -

Panajang Bentang (L) = 22 m

-

Tinggi kolom (H)

-

Jarak Kuda-Kuda (B) = 5 m

-

Jarak Gording (S)

-

Sudut kemiringan atap

= 20o

-

Jenis atap yang digunakan

= Seng Gelombang

=8m

= 1,064 m

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 :

8

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

B.

= 83,56 kg

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

C.

= 127,68 kg

Beban Angin Tekanan tiup angin (P) diambil

= 40 kg/m2

Dihitung menurut keadaan yang paling berbahaya diantara 2 kondisi 1. Kondisi I Seluruh bidang atap mengalami angin isap

0.5 0.6

0.5 0.6

9

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

Wilayah Gempa 1 2. Kondisi II

= ci x P x S x B = -0,8 x 40 x 1,064 x 5 Wilayah Gempa 2

0.50

= -170,24 kg

0.50

 (Tanah lunak) Dipihak angin mengalami tekan Cdengan koefisien tekan (c t) sebesasar T 0.23

C (Tanah sedang) 0.38 +0,8, dan tidak terjadi isap maupun tekan T dibelakang angin.

C

0.20 (Tanah lunak) T

C

Beban angin

0.08 (Tanah sedang) T

C

C

= 0,8 x 40 x 1,064 x 5

C

0.15 (Tanah keras) T

= 170,24 kg

0.20

0.05 (Tanah keras) T

D.

= ct x P x S x B

0.30

0.15

Beban Gempa 0.12 Beban gempa dihitung berdasarkan Perancenaan Struktur Gedung Tahan

Gempa (SNI-1276-2002). Bangunan diasumsi dibangun pada Wilayah Gempa 4 1.0

2.0

T

3.0

0 0.2

0.5 0.6

1.0

2.0

3.0

diatas tanah sedang. Didalam SNI-1276-2002 diberikan grafik respon spectra T untuk wilayah gempa 4 sebagai berikut :

Wilayah Gempa 3 C

0.75 (Tanah lunak) T

C

Wilayah Gempa 4

0.85

C

0.70

C

0.60

0.33 (Tanah sedang) T

0.85 (Tanah lunak) T 0.42 (Tanah sedang) T

C

0.23 C (Tanah keras) T

C

0.30 (Tanah keras) T

0.34 0.28 0.24

1.0

2.0

3.0

0

T

0.2

0.5 0.6

1.0

2.0

3.0

T

Gambar ……. Respon Spectra untuk wilayah gempa 4

Wilayah Gempa 5

0.95 0.90

0.90 C (Tanah lun ak) T C

0.83

0.50 (Tanah sedang) T

C

0.35 (Tanah keras) T

Wilayah Gempa 6 C

0.95 (Tanah lun ak) T

C

C

0.54 (Tanah sedang) T

C

0.42 (Tanah keras) T

10

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:

-

E.

U1 = 100% x 1,154

= 1,154

U2 = 30% x 1,154

= 0,346 = 0o, 90o

Arah gempa yang digunakan adalah

Rekapitulasi Beban Tabel ……. Rekapitulasi Beban Besarnya Beban (Kg) Joint Tengah Joint Tepi Total Arah Z Arah X Total Arah Z 83.56 83.56 41.78 41.78 100 100 200 200 127.68 127.68 63.84 63.84

Jenis Beban Mati Hidup Hujan

Beban dipihak angin Beban dibelakang angin Joint Tengah -255.36 -239.96 -87.34 -170.24 -159.97 -58.23 170.24 159.97 58.23 Joint Tepi -127.68 -119.98 -43.67 -85.12 -79.99 -29.11 85.12 79.99 29.11

Angin 1 Angin 2 Angin 1 Angin 2

F.

Arah X

Kombinasi Beban Adapun

kombinasi

beban

yang

digunakan

menurut

Tata

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

Cara

11

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 + 1,3W 1 + 0,5 La

5.

1,2D + 1,3W 1 + 0,5 H

6.

1,2D + 1,3W 2 + 0,5 La

7.

1,2D + 1,3W 2 + 0,5 H

8.

0,9D + 1,0E

12

2.1.

INPUT DATA KE SAP2000

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

A.

-

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

Material Property Data

Pada SAP2000 diimput melalui Define > Material > Add New Material

Gambar …….. Material Property Data

13

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

Gambar ……. Mendefinisikan Beban-beban

14

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.

o

Gambar ……. Analisis Case Gempa dengan sudut datang 90

15

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.

Gambar…… Model struktur pada SAP2000

16

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.

17

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)) - rx =

- ry =

A.

Ix g Ag I yg Ag

= 531040 mm4

=

220000 960

= 15,138 mm

=

531040 960

= 23,520 mm

Output SAP2000

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

Frame Text 16 40

Station mm 1064.18 1064.18

OutputCase Text 1,2D+1,3W2+0,5H 1,2D+1,3W2+0,5H

CaseType StepType P Text Text N Combination 93531.6 Combination -121690

18

B.

Perencanaan Batang Tekan 1. Cek kelangsingan elemen penampang Dalam SNI 2002 ditentukan nilai kelangsingan elemen penampang harus memenuhi syarat :

b 250 maka,  λ r ; dimana λ r  t fy (b/t) = (50/5)

= 10

250

r 

= 15,81

250

Diperoleh 10 < 15,81 …… Oke. 2. Cek kelangsingan struktur tekan. Dalam SNI 2002 ditentukan nilai kelangsingan elemen penampang harus memenuhi syarat :

kc .

Lk  200 rmin

Data : Lk

= 1064 mm

kc

= 1 (asumsi perletakan sendi-sendi)

rmin = 15,138 mm

1.

1064 = 70,29 < 200 ……. Oke. 15,138

3. Daya dukung komponen struktur tekan.

c  =

1 Lk  rmin

fy E

1 1064 250 = 0,791  15,138 200000

Untuk 0,25 < λc < 1,2 maka,  



1,43 = 1,34 1,6  0,67 x0,791

Sehingga :

1,43 maka, 1,6  0,67c

19

N n  Ag

fy



 960

250 = 179586 N 1,34

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

kc .

Lk  240 rmin

Data : Lk

= 1064 mm

kc

= 1 (asumsi perletakan sendi-sendi)

rmin = 15,138 mm

1.

1064 = 70,29 < 240 ……. Oke. 15,138

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 f u = 410 MPa = 0,85 x 960 x 410 = 334560 N Sehingga : 121690 N < 0,75 x 334560 N 121690 N < 250920 N …… Oke Maka profil Siku ganda 50.50.5 dapat digunakan.

20

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

21

B.

Kontrol Terhadap Tekuk Lokal Pada Sayap



b 0,5 x75   5,36 tf 7

p 

170



fy

170 250

 10,75

Karena diperoleh λ < λp maka Mn = Mp Mp

= Z x fy ; sehingga

Mnx

= Zx x f y

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.

c  =

1 Lk  rmin

fy E

1 5000 250 = 3,39  16,6 200000

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

N n  Ag

fy



 1785

250 = 105000 N 4,25

øNn = 0,85 x 105000 = 89250 N u 1048,98 = 0,012  N n 89250 2.

Daya dukung nominal komponen struktur tarik Nn

= Ae fu, dengan Ae diambil = 0,85 Ag dan f u = 410 MPa = 0,85 x 1785 x 410 = 622073 N

øNn = 0,75 x 622073 = 466554

22

N u 1098,37 = 0,003  N n 466554 Persamaan interaksi Aksial – Momen Untuk

 M M uy  Nu Nu   1; < 0,2 maka   ux  2N n  M nx M ny  N n

Kontrol berdasarkan momen positif



1061742 191,62     0,9 x22200000 0,9 x3300000 

= 0,003  

= 0,003 +(0,05 + 0,00007) = 0,05307 < 1 …… Oke. Kontrol berdasarkan momen Negatif



1114755 456,25     0,9 x 22200000 0,9 x3300000 

= 0,012  

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

Kontrol Terhadap Tekuk Lokal Pada Badan



h 136   27,2 tw 5

p 

1680 fy



1680 250

 106,25

Karena diperoleh λ < λp maka Mn = Mp -

Mnx

= 22200000 N.mm

dan

Mny

= 3300000 N.mm

-

N u 1048,98 = 0,012 (untuk elemen struktur tekan)  N n 89250

-

N u 1098,37 = 0,003 (untuk elemen struktur tarik)  N n 466554

23

Sehingga : Persamaan interaksi Aksial – Momen Untuk

 M M uy  Nu Nu   1; < 0,2 maka   ux  2N n  M nx M ny  N n

Kontrol berdasarkan momen positif



1061742 191,62     0,9 x22200000 0,9 x3300000 

= 0,003  

= 0,003 +(0,05 + 0,00007) = 0,05307 < 1 …… Oke. Kontrol berdasarkan momen Negatif



1114755 456,25     0,9 x 22200000 0,9 x3300000 

= 0,012  

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

Kontrol Terhadap Tekuk Lateral

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

= 1,76.ry .

E 200000  1,76 x16,6 x = 826,35 mm fy 250

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

 X1  2 . 1  1  X 2 . f L  fL 

Lr

= ry .

fL

= fy – fr = 250 – 70 = 180 MPa

E

= 200000 MPa

G

= 80000 MPa

J

b.t 3 75 x7 3 136 x53  2x  =  = 22817 mm3 3 3 3

A

= 1785 mm2

24



EGJA  200000 x80000 x 22817 x1785 = = 20194,37 2 88800 2

X1

=

X2

2 I y (h  t w ) 2 495000 x(136  5) 2  S  Iw = 4 x dimana : I w  =  . 4 4  G.J  I y

S

Iw = 2123673750 mm6 2

88800   2123673750 = 4 x  495000  80000 x 22817  = 4,06 x 10-5 Sehingga :

 20194,37  5 2  1  1  4,06 x10 x180  180 

= 16,6

Lr

= 2957,39 mm Diperoleh Lr = 2957,39 mm < L = 5000 mm, maka Mn = Mp -

Mnx

= 22200000 N.mm

dan

Mny

= 3300000 N.mm

-

N u 1048,98 = 0,012 (untuk elemen struktur tekan)  N n 89250

-

N u 1098,37 = 0,003 (untuk elemen struktur tarik)  N n 466554

Sehingga : Persamaan interaksi Aksial – Momen Untuk

 M M uy  Nu Nu   1;   ux  < 0,2 maka 2N n  M nx M ny  N n

Kontrol berdasarkan momen positif



1061742 191,62     0,9 x22200000 0,9 x3300000 

= 0,003  

= 0,003 +(0,05 + 0,00007) = 0,05307 < 1 …… Oke. Kontrol berdasarkan momen Negatif

25



1114755 456,25     0,9 x 22200000 0,9 x3300000 

= 0,012  

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

Kontrol Kuat Geser Plat Badan

Menurut SNI 2002, Jika (h/tw) ≤ 1,10

kn

= 5

5

 h a

2

 5



5

5000 136

kn E maka nilai Vn = 0,6 fy Aw maka, fy



2

 5,0037

cat : a = Jarak antara dua pengaku vertical.

136 5,0037 x 200000  1,10 5 250 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

26

5. PERENCANAAN KOLOM

A.

Output dari SAP2000

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

Frame Station OutputCase Text mm Text 2 7250 1,2D+1,3W2+0,5H 107 0 1,2D+1,3W2+0,5H

P N 10179.75 -46329.8

V2 N -93042.11 -9788.95

M2 N-mm 779113.9 -51444.2

M3 N-mm -69781576 -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)

=8m

-

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 - Arah X

27

I 

GAx

=

  L 

c

I 

  L 

b

= 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

I 

GAy

  L 

61200000 c 8000 = = = 1,25 2 x15300000 I    L  5000 b

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

cx  =

1 Lk  rx

fy E

1 5000 250 = 0,54  104 200000

28

cx  =

4.

1 Lk  rx

fy E

1 5000 250 = 1,35  41,8 200000

Menentukan daya dukung nominal kolom untuk axial tekan Untuk

λc ≤ 0,25

maka

ω=1

0,25 < λc < 1,2

maka

ω=

λc ≥ 1,2

maka

ω = 1,25 λc2

1,43 1,6  0,67c

maka : ωx =

1,43 = 1,16 1,6  0,67 x0,54

ωy = 1,25 x 1,352 = 2,28 Nnx

= Ag

Nny

= Ag

fy

x fy

y

 5624x

250 = 1212069 N 1,16

 5624x

250 = 616667 N 2,28

Digunakan Nn terkecil yaitu = 616667 N Maka :

Nu 10179,75   0,02 N ny 0,85 x616667 5.

Menentukan daya dukung nominal kolom untuk axial tarik Nn

= Ae fu, dengan Ae diambil = 0,85 Ag dan f u = 410 MPa = 0,85 x 5624 x 410 = 1959964 N

øNn = 0,75 x 1959964 = 1469973

Nu 46329,8 = 0,03  N n 1469973

29

6.

Kontrol terhadap tekuk lokal pada sayap



b 0,5 x175   7,96 tf 11

p 

170 fy



170 250

 10,75

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

7.

dan

Mny = Zy x fy

= 502000 x 250

= 113000 x 250

= 125500000 N.mm

= 28250000 N.mm

Kontrol terhadap tekuk local pada badan



h 222   31,7 tw 7

p 

1680 fy



1680 250

 106,25

Karena diperoleh λ < λp maka Mn = Mp Mnx = 125500000 N.mm 8.

dan

Mny

= 28250000 N.mm

Kontrol terhadap tekuk lateral Menurut SNI 2002 nilai L < L p, dimana nilai Lp dapat ditentukan berdasarkan table 8.3-2 sebagai berikut : Lp = 1,76.ry .

E 200000  1,76 x 41,8 x = 2080,82 mm fy 250

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

 X1  2 . 1  1  X 2 . f L  fL 

Lr

= ry .

fL

= fy – fr = 250 – 70 = 180 MPa

E

= 200000 MPa

G

= 80000 MPa

30

b.t 3 175 x113 222 x7 3 = 180665 mm3  2 x   3 3 3

J

=

A

= 5624 mm2

X1 =

EGJA  200000 x80000 x180665 x5624 = = 17842,30 2 502000 2

 S

2 I y (h  t w ) 2 113000 x(222  7) 2  S  Iw dimana : = Iw   . 4 4  G.J  I y

X2 = 4 x

Iw = 1305856250 mm6 2

502000   1305856250 = 4 x  113000  80000 x180665  = 5,58 x 10-5 Sehingga : Lr

 17842,3  5 2  1  1  5,58 x10 x180  180 

= 41,8.

= 6777,54 mm Diperoleh Lr = 6777,54 mm < L = 8000 mm, maka Mn = Mp Mnx 9.

= 125500000 N.mm

dan

Mny

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

Nu 10179,75   0,02 (Untuk axial tekan) dan, N ny 0,85 x616667

Nu 46329,8 = 0,03 (Untuk axial tarik)  N n 1469973 a. Kontrol elemen berdasarkan gaya tekan terbesar Untuk

 M M uy  Nu Nu   1;   ux  < 0,2 maka 2N n  M nx M ny  N n 

69781576 779113,9     0,9 x125500000 0,9 x 28250000 

= 0,02  

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

= 28250000 N.mm

31

b. Kontrol elemen berdasarkan gaya tarik terbesar Untuk

 M M uy  Nu Nu   1; < 0,2 maka   ux  2N n  M nx M ny  N n



24202753 51444,2     0,9 x125500000 0,9 x28250000 

= 0,03  

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

10. Kontrol Kuat Geser Plat Badan Menurut SNI 2002, Jika (h/tw) ≤ 1,10

kn

= 5

5

a h 

2

 5

5

8000 222

2

kn E maka nilai Vn = 0,6 fy Aw maka, fy

 5,0039

cat : a = Jarak antara dua pengaku vertical.

222 5,0039 x 200000  1,10 7 250 31,71 ≤ 69,60 Maka Vn = 0,6 x 250 x (222 x 7) Vu ≤ ø Vn 93042,11 N < 0,9 x 233100 N 93042,11 N < 209790 N

= 233100 N

32

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 Text 57

OutputCase Text 1,2D+1,3W2+0,5H

F1 (Vu) N 9796.34

F3 (Puc) M2 (Mu) N N-mm 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

Dimensi kolom yang digunakan : IWF 250.175. 7.11 dengan data :

33

B.

ht

= 244 mm

tw

= 7 mm

bf

= 175 mm

tf

= 11 mm

Kontrol Dimensi Plat Dasar 1. Eksentrisitas Beban terhadap Pusat Kolom

e

M u 24216084,51 = 522,65 mm  Puc 46333,67

N 450  6 6

= 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

Put  Pu

= 406,15 mm

Puc ec 46333,67 x 406,15 = 68059,39 N  et 276,5

= Puc + Put = 46333,67 + 68059,39 = 114393,06 N

Y N  h 450  233   =108,5 mm 3 2 2 Bperlu =

Pu 114393,06 = 55,13 mm  1 . .F .Y 0,5 x12,75 x(3x108,5) 2 p

Diperoleh Brencana = 300 mm > Bperlu = 55,13 mm …… Oke.

34

4. Kontrol Dimensi Plat Dasar

f p ,max 

2 Pu 2 x114393,06  = 2,34 MPa YB (3x108,5) x300

Diperoleh : fp,max = 7,03 MPa < ø f p = 12,75 MPa ……. Oke.

m

N  0,9ht 450  0,9 x244 = 115,2 mm  2 2

5. Menentukan Tebal Plat yang Dibutuhkan Berdasarkan Metode Kantilever

b

f p ,max (Y  m) Y



2,34 x(3x108,5  115,2) = 1,51 MPa 3x108,5

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

M

u

 M u1  M u 2 = 10019,64 + 3671,65

tp 

= 3671,65 Nmm

4( M u ) 0,9 f y

=

4 x13691,29 =15,6 mm 0,9 x 250

Maka digunakan tebal plat 16 mm.

= 13691,29 Nmm

35

Sehingga diperoleh dimensi akhir untuk plat dasar adalah :

C.

B

= 300 mm

N

= 450 mm

tp

= 16 mm

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 (f ub) Untuk jenis baut A325 untuk : db > 25,4 mm maka f ub = 725 MPa dan 12,7 < db ≤ 25,4 mm, maka f ub = 825 MPa Karena db = 12,7 mm, maka digunakan Tegangan putus baut (f ub) Tegangan ultimate

(f up)

= 825 MPa = 410 MPa

Ab = (1/4)πd2 = (1/4)π x 12,72

= 126,68 mm2

fu = fub

jika f ub < fup

fu = fup

jika f up < fub

karena f up < fub, maka digunakan 1.

f u = 410 MPa

Gaya-gaya yang terjadi pada angkur Gaya tarik pada angkur (Put)

= 68059,39 N

Gaya tarik pada masing-masing angkur (Put 1)

Put,1 

Put 68059,39  nt 3

= 22686,46 N

Gaya geser pada masing-masing angkur (Vu1)

Vu1 

Vu 9796,34 = 1632,72 N  (nt  nc ) 6

36

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

37

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 =

f 'c 6

b.d , 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 :

f 'c

Put,1 ≤

l

6

 .d .l , sehingga :

Put,1 f 'c 6

 .d

=

22686,46 25  .15,7 6

=

22686,46 41,10

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).

38

7. PERENCANAAN SAMBUNGAN-SAMBUNGAN 1

4

3

2

6 5

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.

39

Nomor Joint

1

2

3

4

5

Detail Joint

Nomor Frame 119 131 178 161 179

Gaya Batang (N) 83283 83283 -17416 61538 -6023

130

-94745

142

-94745

161

61538

117

93509

118

88340

177

6956

196

-4715

121

22074

122

-39312

192

-26077

171

32124

109

-117256

120

58497

170

43584

6

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

40

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

Vd   f .r1 . f ub . Ab , 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

Td   f .0,75. f ub . Ab , 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

Rd  2. f .d b .t p . f u , 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 Joint

1

2

3

Nomor Frame 119 131 178 161 179 130 142 161 117 118 177 196

Gaya Batang (N) 83283 83283 17416 61538 6023 94745 94745 61538 93509 88340 6956 4715

Kuat 1 Baut (N) 30528.06 30528.06 30528.06 30528.06 30528.06 30528.06 30528.06 30528.06 30528.06 30528.06 30528.06 30528.06

Jumlah Baut 2.73 2.73 0.57 2.02 0.20 3.10 3.10 2.02 3.06 2.89 0.23 0.15

Jumlah terpasang 3 3 2 3 2 4 4 3 4 3 2 2

41

Nomor Joint 4 5 6

Nomor Frame 121 122 192 171 109 120 170

Gaya Batang (N) 22074 39312 26077 32124 117256 58497 43584

Kuat 1 Baut (N) 30528.06 30528.06 30528.06 30528.06 30528.06 30528.06 30528.06

Jumlah Baut 0.72 1.29 0.85 1.05 3.84 1.92 1.43

Jumlah terpasang 2 2 2 2 4 2 2

Untuk elemen yang memiliki jumlah baut < 2 buah, digunakan 2 buah.