BAB II STUDI LITERATUR

Transkripsi

1 BAB II STUDI LITERATUR.1 TINJAUAN UMUM Pada bab ini akan dijelaskan tentang tata cara dan langkah-langkah perhitungan struktur rangka atap. Studi literatur dimaksudkan agar dapat memperoleh hasil perencanaan yang optimal dan akurat. Oleh karena itu, dalam bab ini pula akan dibahas mengenai konsep pemilihan sistem struktur dan konsep perencanaan/desain struktur bangunannya, seperti konigurasi denah atap dan pembebanan sehingga diharapkan hasil yang akan diperoleh nantinya tidak akan menimbulkan kegagalan struktur.. KONSEP PEMILIHAN JENIS STRUKTUR Desain struktur harus memperhatikan beberapa aspek diantaranya adalah sebagai berikut : 1. Kekuatan dan kestabilan struktur Kekuatan dan kestabilan struktur mempunyai kaitan yang erat dengan kemampuan struktur untuk menerima beban-beban yang bekerja.. Kemudahan pelaksanaan Kemudahan pelaksanaan pengerjaan merupakan aktor yang mempengaruhi sistem struktur yang dipilih. 3. Faktor ekonomi Meliputi jumlah biaya yang akan dikeluarkan agar dalam proses pelaksanaan, perencana dapat memberikan alternati rencana yang lebih murah dan memenuhi aspek mekanika dan ungsionalnya..3 KONSEP PERENCANAAN STRUKTUR RANGKA ATAP.3.1 DENAH ATAP Dalam mendesain rangka atap, perlu direncanakan terlebih dahulu denah atap. Gambar denah atap dan potongan dapat dilihat pada lampiran yang terletak pada bagian akhir laporan ini. 4

2 .3. DATA MATERIAL Adapun spesiikasi bahan yang digunakan dalam perencanaan struktur rangka atap ini adalah sebagai berikut : Bahan : baja konvensional dan baja ringan Tegangan Leleh (y) : baja konvensional = 400 kg/cm baja ringan = 5000 kg/cm Tegangan Putus (u) : baja konvensional = 3700 kg/cm baja ringan = 6600 kg/cm.3.3 PEMBEBANAN Besar dan macam beban yang bekerja pada struktur sangat tergantung dari jenis struktur. Berikut ini akan disajikan jenis-jenis beban. Data beban serta aktor-aktor dan kombinasi pembebanan sebagai dasar acuan bagi perhitungan struktur JENIS JENIS BEBAN Jenis-jenis beban yang biasa dipergunakan dalam perencanaan struktur rangka atap antara lain sebagai berikut: a. Beban mati ( Dead Load / DL ) Beban mati adalah berat dari semua bagian dari suatu konstruksi yang bersiat tetap, termasuk segala unsur tambahan yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari konstruksi tersebut. b. Beban hidup ( Lie Load / LL ) Beban hidup merupakan beban yang bisa ada atau tidak ada pada struktur. Untuk menentukan secara pasti beban hidup yang bekerja pada suatu konstruksi sangatlah sulit karena luktuasi beban hidup bervaiasi, tergantung banyak aktor. Oleh karena itu, aktor beban hidup lebih besar dibanding beban mati. c. Beban angin (Wind Load) Beban angin adalah semua beban yang bekerja pada suatu konstruksi yang disebabkan oleh selisih tekanan udara. 5

3 .3.3. KOMBINASI PEMBEBANAN Kombinasi pembebanan yang harus ditinjau menurut Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung 1983 adalah sebagai berikut : Pembebanan tetap M + H Pembebanan Sementara M + H + A Dimana : M = Beban Mati H = Beban Hidup A = Beban Angin DATA BEBAN Perencanaan pembebanan struktur sesuai dengan Pedoman Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung 1987, dengan datadata pembebanan sebagai berikut : Berat jenis baja : 7850 kg/m 3 Plaon / langit-langit : 11 kg/m Penggantung langit-langit dari kayu : 7 kg/m Penutup atap (genteng beton) : 50 kg/m Beban Pekerja : 100 kg/m Beban Angin : 5 kg/m.4 ANALISIS PERHITUNGAN.4.1 PERENCANAAN STRUKTUR RANGKA ATAP BAJA KONVENSIONAL Struktur atap rangka baja konvensional dalam perencanaan menggunakan metode LRFD ( Load and Resistance Factor Design ) atau desain beban dan aktor resistensi, dimana cek tegangan yang terjadi tehadap tegangan leleh ( y ). Untuk mempermudah perhitungan, maka terlebih dahulu dibuat denah atap dengan mempertimbangkan letak kudakuda dan gording. 6

4 PERENCANAAN GORDING Y LLC 15 x 50 x 0 x 4,5 X q sin 40 q q cos Gambar.1 Arah gaya pada gording Digunakan proil Light Lip Channels dengan mutu baja BJ 37 (Fy = 400 kg/cm ) dan satu buah trekstang. Data yang diperlukan antara lain adalah kemiringan atap (α), bentang gording (L) dan jarak antar gording. Pembebanan : a. Beban mati (qd), meliputi berat penutup atap (genteng beton), berat gording dan berat bracing. b. Beban hidup (ql), meliputi beban pekerja (qp) dan air hujan (qr = (40-0,8α)*jarak gording). c. Beban angin (qa = 5 kg/m ), meliputi : Beban angin tekan = Koe*qA*jarak gording Beban angin hisap = Koe*qA*jarak gording Dimana : Koeisien tekan (+) = ((0,*α) - 0,4) Koeisien hisap (-) = - 0,4 Perhitungan momen Arahx M x komb.1 = M Dx + M Px M x komb. = M Dx + M Px + M Wxt M x komb.3 = M Dx + M Px + M Wxh M x komb.4 = M Dx + M Rx + M Wxt M x komb.5 = M Dx + M Rx + M Wxh Arah y M y komb.1 = M Dy + M Py M y komb. = M Dy + M Py + M Wyt M y komb.3 = M Dy + M Py + M Wyh 7

5 M y komb.4 = M Dy + M Ry + M Wyt M y komb.5 = M Dy + M Ry + M Wyh Dari kombinasi tersebut momen yang maksimum. Kontrol terhadap Tegangan Syarat y = Mx Wx My + σ y = Wy 400kg cm Kontrol lendutan () ijin ijin = 1/40x L qx = q Dx + q Wx qy = q Dy + q Wy Untuk arah x, x = Untuk arah y, y = qx. L Px. L Elx 48. Elx qy. L Py. L Ely 48. Ely = ( x ) + ( y).4.1. PENDIMENSIAN KUDA-KUDA Menentukan syarat-syarat batas tumpuan panjang bentang dan dimensi proil yang akan digunakan. Melakukan analisa pembebanan. Pembebanan yang dilakukan pada struktur rangka atap sama dengan beban yang diterima pada saat perencanaan gording hanya ada penambahan pada berat sendiri konstruksi rangka atap. Sedangkan kombinasi beban yang diberikan pada analisis struktur atap ini adalah : Kombinasi I : Beban Mati + Beban Hidup Kombinasi II : Beban Mati + Beban Hidup + Beban Angin Kanan 8

6 Kombinasi II : Beban Mati + Beban Hidup + Beban Angin Kiri w = 1, D + 1,6 L w = 1, D + 0,5 L ± 1,3 W Keterangan: D = Beban mati L = Beban hidup ( akibat pekerja dan air hujan ) W = Beban angin Melakukan pengecekan kekuatan pada proil majemuk. Gambar. Penampang siku proil ganda Ag = xa (A = luas penampang batang tunggal) - Cek terhadap batang tarik Gambar.3 Batang yang mengalami gaya tarik Syarat penempatan baut : (SNI hal.104) s 1 1,5 d b s 1 1 t p s mm s 3 d b s 15 t p s 00 mm d ( lubang baut ) = φ + 1 9

7 A = A nt Pot 1 : A nt = Ag - n x d x t Penampang eekti (SNI butir 10.) x = eksentrisitas sambungan,jarak tegak lurus arah gaya tarik antara titik berat penampang komponen yang disambung dengan bidang sambungan. x U = 1 0, 9 L U = aktor reduksi L = panjang sambungan dalam arah gaya tarik. Ae = A x U φ Nn = φ x Ag.y φ Nn = φ x Ae.u Nu φ Nn (aman) - Cek terhadap batang tekan Nu φ Nn y φ Nn = φ x Ag x ω Dimana : ω = 1 (λ c 0,5) 1,43 ω = (0,5 < λ c < 1,) 1,6 0,67λ c ω = 1,5 λ c λ c = λx π y E (λ c 1,) Kestabilan batang majemuk : λ iy < λ x (tekuk terjadi pada sumbu x) λ iy < λ y (tekuk terjadi pada sumbu y) Syarat kestabilan struktur : (SNI hal.59) λ x 1, λ 1 λ iy 1, λ 1 10

8 λ 1 50 kli λ 1 = ( Li = jarak kopel) i min Estimasi jarak kopel minimum : kli i min Li i min Dimana : = 0,75 klk ix Lk = 0,75 ix Lk Li = jumlahben tan g jumlah bentang harus ganjil dan minimal 3 buah k = aktor tekuk (SNI gambar 7.6-1) λ iy = λ y + m λ 1 λ y kly = iy Iy = (Iy 1 + A 1 (e x + ½ d) ) Ag = x A 1 klx λ x = ix Kontrol tekuk lokal : (SNI tabel 7.5-1) λ λ r pada proil siku ganda dengan plat kopel sebagai penyokong λ = t b λ r = 00 y dimana : b = lebar proil siku t = tebal proil siku 11

9 PENDIMENSIAN PELAT KOPEL PADA BATANG PROFIL GANDA Pelat kopel harus cukup kaku, sehingga memenuhi persamaan : Ip Ii 10 (SNI pers ) a Li Dimana : Ip = Momen kelembaman pelat kopel a = Jarak sumbu elemen batang tersusun Ii = Momen kelembaman elemen batang tunggal terhadap sumbu b-b Li = Jarak pelat kopel a = e + pelat pengisi Gambar.4 Dimensi penampang proil siku Vu φ Vn Gaya lintang yang dipikul = D D = 0,0 Nu (SNI pers ) Nu = gaya batang yang terjadi Vu = gaya geser nominal, sama sepeti persamaan sebelumnya Kekuatan geser pelat kopel : (SNI pers.8.8-) - h t w 1,10 5 kn = 5 + a h Vn kne y = 0,6 x y x Aw 1

10 Aw = luas kotor pelat badan - kne h 1,10 1,37 y t w k n E y Vn = 0,6 x y x Aw ne 1,10 k 1 y [ h t ] w Atau Vn = 0,6 x y x Aw C v + 1,15 1 C 1+ v ( ) a h dengan C = 1, 10 v k n E ( h t ) w y - 1,37 k n E y h t w 0,9xAwk V = n atau Vn ( h t ) w n E = 0,6 x y x Aw C kne dengan C v = 1,15 y h t w v 1 C + 1,15 1+ v ( ) a h Cek perbandingan tinggi terhadap tebal panel : h k ye < 1,10 n t w Vu φ Vn 13

11 PERHITUNGAN SAMBUNGAN - Sambungan baut Ru φ Rn Syarat kekuatan baut : Kekuatan baut terhadap geser (SNI , pasal ) Vd = φ r1 A b u b φ = aktor reduksi kekuatan untuk raktur, 0,75 r 1 = untuk baut tanpa ulir pada bidang geser, 0,5 r 1 = untuk baut dengan ulir pada bidang geser, 0,4 b u = tegangan tarik putus baut, 370 Mpa A b Vd = φ r1 = luas penampang bruto baut pada daerah yang tak berulir A b u b V d = 0,75x0,4x370x1/ 4xπx16 = 41846,01 N Kekuatan baut yang memikul tarik (SNI , pasal 13...) T = φ T = φ x0. 75 d n b u A b T d = 0,75x0,75x370x1/ 4xπx16 = 41846,01 N Kuat tumpu dalam lubang baut (SNI , pasal ) R d = φ R =, 4xφ d n b t p u φ = aktor reduksi kekuatan untuk raktur, 0,75 d b t p = diameter baut nominal pada daerah tak berulir, 16 mm = tebal pelat, 7 mm Dari ketiga nilai di atas diambil nilai terendah sebagai bahan perencanaan pendimensian sambungan dan jika tebala plat pengisi (t) 6 mm < t < 0 mm, maka kuat geser nominal 1 baut yang ditetapkan harus dikurangi 15 % (SNI , pasal ). Sehingga : 14

12 Ru = 0,85φ Rn Jumlah baut = n = Nu 0,85φRn - Sambungan las Gambar.5 Sambungan las pada proil pipa Tabel.1 Ukuran minimum las sudut Tebal bagian paling tebal, t (mm) Tebal minimum las sudut, tw (mm) t t t < t 6 (SNI , tabel ) Ukuran maksimum las sudut sepanjang tepi komponen yang disambung : a. t p < 6,4 mm t maks = t p b. t p 6,4 mm t maks = t p 1,6 mm Kuat las sudut : (SNI ) Ru φ Rnw dengan φ Rnw = 0,75 t t (0,6 u ) (bahan dasar) φ Rnw = 0,75 t t (0,6 uw ) (bahan las) 15

13 Dimana : φ Rnw = gaya teraktor per satuan panjang las φ = aktor reduksi kekuatan saat raktur, 0,75 u uw t t Panjang las = L L n 4 t t L bruto = L n + 3 t t = tegangan tarik putus bahan dasar, Mpa = tegangan tarik putus bahan las, Mpa = tebal rencana las, mm n Ru = φ R nw PERHITUNGAN IKATAN ANGIN Dikarenakan pada SNI tidak dijelaskan mengenai perencanaan bracing (ikatan angin) pada struktur atap (hanya ada pada bangunan struktur baja tahan gempa), maka reerensi diambil dari PPBBI Menurut PPBBI 1984 halaman 64, pada hubungan gording, ikatan angin harus dianggap ada gaya P yang arahnya sejajar sumbu gording yang besarnya : P = 0,01 P kuda-kuda + 0,005 n.q.dk.dq P kuda-kuda = gaya pada bagian tepi kuda-kuda di tempat gording itu n = jumlah trave antara dua bentang ikatan angin q = beban atap vertikal terbagi rata dk = jarak antar kuda-kuda dq = jarak antar gording Pada bentang ikatan angin harus dipenuhi syarat : h 0, 5Q ( PPBBI 1984 halaman 64) L A tepi EA tepi = luas penmapang bagian tepi kuda-kuda h = jarak kuda-kuda pada bentang ikatan angin L = panjang tepi atas kuda-kuda 16

14 Ikatan angin juga menerima beban Q Q = n.q.dk.l n = jumlah trave antara dua bentang q = beban atap vertikal terbagi rata dk = jarak antar kuda-kuda L = panjang tepi atas kuda-kuda PERHITUNGAN TREKSTANG Pemasangan trekstang antar gording pada tengah bentang gording, memberikan kekakuan tambahan pada gording terhadap sumbu y. Trekstang menahan gaya yang bekerja pada sumbu x. Jumlah trekstang yang digunakan adalah 1. ω = q Dy. Lk + Py n q Dy = q D cos α P y = P cos α ω σ = A ϖ σ = 1/ 4πd akan diperoleh diameter trekstang (d). cek n.d 1/500 Lk (aman) PERHITUNGAN ANGKUR Perhitungan didasarkan terhadap reaksi pada tumpuan tersebut dimana: P = R + AV R AH P Jumlah angkur = φv n Vn = 0,6 y Aw (SNI , pasal 8.8.3) τ batang = 75 kg/cm 17

15 P A = τ ba tan g = cm A = πr.l PERHITUNGAN PELAT LANDAS Dasar perencanaannya diambil dari dimensi pelat landas (panjang dan lebar) akibat kebutuhan ruang penempatan angkur. Sehingga : = P A < ' c Dimana : P = reaksi yang terjadi A = Luas permukaan bidang pelat landas (panjang x lebar) c = mutu beton di bawah pelat landas Perhitungan sambungan las pelat landas Gambar.6 Sambungan las pada pelat landas Ukuran minimum las sudut Tebal bagian paling tebal, t (mm) Tebal minimum las sudut, tw (mm) t t t < t 6 (SNI , tabel ) Ukuran maksimum las sudut sepanjang tepi komponen yang disambung : a. t p < 6,4 mm t maks = t p b. t p 6,4 mm t maks = t p 1,6 mm 18

16 Kuat las sudut : (SNI ) Ru φ Rnw dengan φ Rnw = 0,75 t t (0,6 u ) (bahan dasar) φ Rnw = 0,75 t t (0,6 uw ) (bahan las) Dimana : φ Rnw = gaya teraktor per satuan panjang las φ = aktor reduksi kekuatan saat raktur, 0,75 u uw t t Panjang las = L L n 4 t t L bruto = L n + 3 t t n = tegangan tarik putus bahan dasar, Mpa = tegangan tarik putus bahan las, Mpa = tebal rencana las, mm Ru = φ R nw.4. PERENCANAAN STRUKTUR RANGKA ATAP BAJA RINGAN Struktur rangka atap yang menggunakan baja ringan dianalisis berdasarkan konsep ASD ( Allowable Stress Design ). Konsep desain ini berarti bahwa setiap elemen struktur tidak boleh melewati batas tegangan ijin dari material baja ringan yang digunakan PEMBEBANAN Kombinasi beban yang diberikan pada analisis struktur atap ini adalah : Kombinasi I : Beban Mati + Beban Hidup Kombinasi II : Beban Mati + Beban Hidup + Beban Angin Kanan Kombinasi II : Beban Mati + Beban Hidup + Beban Angin Kiri Dengan menggunakan sotware diperoleh gaya-gaya dalam yang terjadi pada struktur. 19

17 .4.. KONTROL DIMENSI KUDA-KUDA Desain Lebar Eekti Elemen Umum Ketika rasio lebar, W, melebihi batas rasio lebar, W lim, maka lebar elemen, w, dapat digantikan dengan lebar eekti. Lebar eekti digunakan untuk menentukan rasio lebar eekti, B. Rasio lebar eekti dapat ditentukan sebagai berikut : w Kondisi 1 : W W lim W = rasio lebar = t B = W B = rasio lebar eekti = t b Kondisi : W > W lim B = 0,95 0,08 ke / 1 ke / W W lim = 0,644 ke / dimana : k = 4 E = MPa P = A Elemen dengan beberapa pengaku Untuk elemen tekan dengan beberapa elemen pengaku, baik itu yang diperkuat diantara badan dengan dua atau lebih pengaku atau diperkuat diantara badan dan tepi pengaku dengan satu atau lebih pengaku. Pengaku dapat diabaikan kalau pada tiap pengaku, I s I a dimana : I a = (4W 6) t 4 18 t 4 I s = 5 h t 3 [h/a 0,7(a/h)] (h/50) 4, a = jarak antar pengaku h = lebar badan elemen t = tebal badan 0

18 Hal hal yang perlu diperhatikan : a. Jika jarak dari pengaku diantara badan elemen sedemikian rupa sehingga rasio lebar, W, dari subelemen diantara pengaku lebih besar dari W lim, hanya dua pengaku (yang terdekat dari tiap badan) yang diperhitungkan eekti. b. Jika jarak dari pengaku diantara badan elemen dan tepi pengaku sedemikian rupa sehingga rasio lebar, W, dari subelemen diantara pengaku lebih besar dari W lim, hanya pengaku terdekat dari badan yang diperhitungkan eekti. c. Jika pengaku berjarak sangat dekat sehingga rasio lebar, W, dari semua subelemen diantara pengaku tidak melebihi W lim, semua pengaku dapat diperhitungkan eekti. Dalam perhitungan rasio lebar, W m, dan rasio lebar eekti dikurangi, B r, dari semua elemen pengaku dapat diganti dengan elemen tanpa pengaku intermediate yang mana lebar, w m, merupakan lebar antara badan atau dari badan sampai sisi pengaku dan ketebalan yang digunakan adalah sebagai berikut : t s = t w 3I m s + 3 p pt 1/ 3 dimana : I s = momen inersia penampang eekti elemen yang diperkuat termasuk pengaku intermediate. p = panjang perimeter dari elemen beberapa pengaku, antar badan atau dari badan sampai sisi pengaku. t = tebal proil w m = lebar antar badan atau dari badan sampai sisi pengaku. W m = w m /t s Rasio lebar eekti dikurangi, B r, dari elemen beberapa pengaku dihitung dengan menggunakan W = W m, dan luas eekti dari elemen ini adalah B r t s t. d. Lebar eekti, b, dari elemen atau subelemen dihitung berdasarkan rasio lebar eekti dikurangi, B r, dengan b = B r t,dimana : 1

19 B r = B ketika W 60 B r = B 0,1W + 6 ketika W > 60 e. Dalam perhitungan properties struktur batang eekti, luas dari elemen dengan beberapa pengaku dapat diganti dengan luas eekti dikurangi, A r, dimana : A r = A s ketika W 60 A r = (3 B r /W + B r /30 W/30)A s ketika 60 < W 90 A r = (B r /W)A s ketika W > 90 Gambar.7 Elemen Dengan Beberapa Pengaku Batang Tarik Syarat : Tn Tr - Akibat pelelehan penampang bruto Tn = AgFy = 0,9AgFy Tn = φfy ( 1 / Ag + e / St) - Akibat retakan penampang netto Tn = AnFu = 0,75AnFu Tn = φufu ( 1 / An + e / Stn) Pilih Tn terkecil (yang berpengaruh) Dimana : = aktor resistensi (aktor reduksi kekuatan), yaitu 0,9 (akibat pelelehan penampang bruto) dan 0,75 (akibat retakan penampang netto) Fy = tegangan leleh proil

20 Fu = tegangan ultimate proil Ag = luas penampang bruto An = luas penampang netto = 0,85Ag Tn = kekuatan nominal batang tarik Tr = beban teraktor batang tarik Tn = kekuatan desain Batang Tekan Syarat : Cn Cr a Cn = a AeFa = 0,9AeFa Batas tegangan tekan, Fa, sebagai berikut : - ketika Fp > Fy/ Fa = Fy ( Fy) 4Fp - ketika Fp Fy/ Fa = Fp dimana : Ae = luas penampang eekti Fp = tegangan tekuk kritis Fp = 0,833Fst atau 0,833Fe ; pilih yang terkecil Fe = π E/(KL/r) 1 β Fst = Fs + Ft ( Fs + Ft) 4βFsFt Fs = π E/(KL/r) Ft = 1 GJ π EC w + ( ) ( ) o K t Lt A r Β = 1 (x o /r o ) x o = e + x r o = ( r x ) + ( ry ) + ( xo ) 1 J = bt 3 3 3

21 Cw = I y h 4 J = momen inersia torsi Cw = konstanta puntir r o = jari jari kelembaman poler G = momen kelembaman torsi (78,000 Mpa) KL/r = rasio kekakuan eekti K = aktor panjang eekti L = panjang elemen r = jari jari kelembaman.4..3 PERHITUNGAN SAMBUNGAN Sambungan menggunakan sekrup. Berdasarkan CSA Standard ketebalan pelat penyambung tidak melebihi 4,5 mm. Dimensi lubang sekrup untuk diameter kurang dari 13 mm adalah (d + 1) dan untuk diameter lebih dari 13 mm adalah (d + ). Faktor resistensi geser : Vr = c 0,6A b Fu = 0,67*0,6A b Fu Faktor resistensi tarik : Tr = c 0,75A b Fu = 0,67*0,75A b Fu A b = luasan sekrup Fu = tegangan sekrup Pilih yang terbesar (yang menentukan) Si Jumlah sekrup = P S i = gaya batang i P = gaya sekrup yang menentukan Jarak sekrup : Jarak antar sekrup tidak kurang dari,5d dan jarak sekrup ke tepi tidak kurang dari 1,5d. d = diameter sekrup 4

22 5