STUDI ANALISA BAJA RINGAN PADA BALOK RUMAH SEDERHANA TAHAN GEMPA

Transkripsi

1 STUDI ANALISA BAJA RINGAN PADA BALOK RUMAH SEDERHANA TAHAN GEMPA ROGANDA PARULIAN SIGALINGGING NRP Dosen Pembimbing : Endah Wahyuni, ST.MSc.PhD Ir. Isdarmanu MSc JURUSAN TEKNIK SIPIL Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009

2 1. PENDAHULUAN 2. TINJAUAN PUSTAKA 3. METODOLOGI 4. PEMBEBANAN STRUKTUR 5. ANALISA STRUKTUR DAN PERENCANAAN BALOK 6. PERENCANAAN SAMBUNGAN 7. ANALISA PERILAKU BALOK 8. PELAKSANAAN PENGGUNAAN BALOK BAJA RINGAN 9. KESIMPULAN DAN SARAN

3 1. PENDAHULUAN Adanya produk baja ringan yang dipakai sebagai material struktur atap memberikan gagasan untuk melakukan inovasi, yaitu penggunaan material baja ringan pada struktur utama bangunan. Dalam Tugas Akhir (TA) ini mencoba melakukan studi analisa terhadap baja ringan bila ipakai sebagai struktur balok yang direncanakan pada sebuah rumah sederhana. Dan bagaimana kemampuan baja ringan pada daerah dengan kekuatan gempa besar khususnya Indonesia.

4 Adapun dalam studi ini memakai aturan British Standard sebagai acuan perhitungan kontrol penampang balok tersebut. Sedangkan untuk acuan pembebanan dan gempa maupun perencenaan sambungan menggunakan aturan Indonesia sendiri yaitu SNI (mengenai baja), SNI (analisa gempa) dan SNI (mengenai distribusi beban

5 Tujuan Pada permasalahan yang timbul diharapkan dapat mencapai tujuan sebagai berikut: 1. Mampu merencanakan balok pada sebuah rumah sederhana 2 lantai dengan baja ringan untuk menahan gempa. 2. Adanya permodelan struktur baja ringan yang tepat sebagai struktur utama yang mampu menahan gempa. 3. Ada perencanaan sambungan yang tepat pada struktur baja ringan. 4. Adanya hasil analisa terhadap lentur dari sebuah program bantu. 5. Mengetahui pelaksanaan konstruksi baja ringan pada rumah sederhana.

6 Adapun Batasan Masalah TA ini, yaitu: 1.Dalam perencanaan Rumah tahan gempa dengan bahan Baja Ringan mengadopsi aturan dari Inggris yaitu British Standard (BS) yang sudah memakai bahan Baja Ringan sebagai struktur utama pembangunan rumah 2.Perencanaan pada elemen struktur hanya meninjau satu komponen saja yaitu balok, baik balok induk maupun balok anak 3.Balok yang ditinjau hanya balok pada lantai ke 2 4.Beban gravitasi yang ditinjau adalah beban yang ada di atas balok, yaitu balok anak, lantai pada lantai ke 2 dan beban dinding 5.Perencanaan ini tidak meninjau analisa biaya.

7 2. TINJAUAN PUSTAKA Adanya pemikiran untuk merancang sebuah rumah dengan struktur dari baja ringan dan mampu menahan adanya suatu beban akibat gempa menjadi sebuah ide yang harus dikembangkan Perlu dilakukan tinjauan khusus terhadap beban gempa sebab Indonesia memiliki daerah dengan kekuatan gempa yang besar

8 GEMPA dan RUMAH SEDERHANA Untuk analisa gempa dilakukan perhitungan dengan analisa statik ekuivalen, sebab struktur yang ada merupakan rumah sederhana yang merupakan struktur gedung beraturan(sni 1726 pasal 6). Untuk pengertian rumah sederhana sendiri didefinisikan menurut pedoman teknis oleh Departemen Pekerjaan Umum, dimana luas lantai gedung tidak lebih dari 70 m 2, di atas tanah seluas 54 m2 sampai 202 m2

9 COLD FORM Riset tentang baja cold formed untuk bangunan dimulai oleh Prof. George Winter dari Universitas Cornell mulai tahun 1939, riset ini meneliti penggunaan baja cold formed sebagai struktur sekunder pada bangunan rendah tidak bertingkat (low rise building). Berdasarkan riset riset beliau maka dapat dilahirkan edisi pertama Light Gauge Steel Design Manual tahun 1949 atas dukungan AISI (American Iron and Steel Institute) (Wei Wen Yu, 2000). Sejak dikeluarkan peraturan tersebut atau lebih dari lima dekade ini, maka pemakaian material baja cold formed semakin berkembang

10 BALOK Balok menerima beban tegak lurus sumbu memanjang (beban lateral dan beban lentur). y f< f y f y f y f y x f< f y f y f y f y a.) b.) c.) d.) Diagram tegangan lentur

11 3. METODOLOGI START STUDI LITERATUR PENGUMPULAN DATA-DATA ANALISA PERHITUNGAN PEMBEBANAN ANALISA STRUKTUR DENGAN ETABS V9.2 Not OK KONTROL PENAMPANG OK PERENCANAAN SAMBUNGAN ANALISA PERILAKU DENGAN PROGRAM XTRACT KESIMPULAN DAN SARAN FINISH

12 STUDI LITERATUR Untuk studi literatur menggunakan standarstandar perencanaan baik dari Indonesia maupun Inggris. Yaitu SNI dan British Standard serta aturan-aturan yang lain seperti PPIUG maupun pedoman teknis dari PU. Untuk referensi banyak memakai Text Book dan beberapa Paper

13 Data data Perancangan : 1. Kegunaan : Tempat Tinggal 2. Zone Gempa : 6 3. Jumlah lantai : 2 (dua) lantai 4. Tinggi Bangunan : 6 m (tinggi portal) 5. Lebar Bangunan : 5 m 6. Panjang Bangunan : 7 m 7. Struktur :Struktur balok material Baja Canai Dingin dengan bentuk Double Canal 8. Spesifikasi Bahan : E = 200 kn/mm 2 G = 79 kn/mm 2 v = 0,30 α = 12 x10-6 per o C

14 Denah pembalokan

15 Tampak samping

16 Tampak depan

17 TIPE PROFIL yang DIGUNAKAN 1. LC15230 (back to back) sebagai kolom 2. LC12730 (back to back) sebagai balok induk 3. LC10330 (back to back) sebagai balok anak 4. LC06425 sebagai kuda-kuda

18

19 Tipe Profil D B r t A q LC LC LC LC mm mm 2 Kg/m Tipe Profil I x I y Z x Z y r x r y 10 6 mm 4 mm 3 mm LC LC LC LC

20 Pembebanan 1 ) Beban mati 2 ) Beban hidup 3 ) Beban Gempa 4 ) Beban Angin

21 KONTROL PENAMPANG BALOK Kontrol Lendutan Kontrol Tekuk (momen lentur): 1. Tekuk Lateral 2. Tekuk Lokal Kontrol Geser Kombinasi Geser dan Lentur

22 Rencana Sambungan 1. Kemampuan Baut terhadap Kekuatan Geser 2. Kemampuan Baut terhadap Kekuatan Tumpu 3. Kemampuan Baut terhadap Kekuatan Tarik

23 Analisa Perilaku Balok Dalam studi ini akan meninjau lebih jauh mengenai perilaku balok itu sendiri terhadap lentur. Kita dapat menganalisanya dengan sebuah program yaitu Xtract

24 4. PEMBEBANAN STRUKTUR Pembebanan Atap: Beban mati oleh gording, penggantung gording, dan berat seng q d = 16,115 kg/m, Untuk beban hidup oleh beban air hujan q l = 16 kg/m, wa1= 8 kg/m (angin tekan) wa2= -16 kg/m (angin hisap) Pembebanan lantai: Q kayu = 600 kg/m 3, dengan tebal lantai 1,5 cm q l = 125 kg/m

25 Pembebanan Dinding Untuk dinding sendiri menggunakan gysum board wa1= 36 kg/m (angin tekan), q d = 75 kg/m wa2= -16 kg/m (angin hisap)

26 Pembebanan Gempa Zona gempa 6, tanah lunak. C= 0,95 I = 1 R= 8,5 Wtot = kg Gaya Geser Gempa Statik Arah X : V statik = 2096 kg Disertai gaya gempa arah Y yaitu sebesar 30 % tegak lurus arah gaya gempa statik X (V statik = 30% (2096) = 628,8 kg) Gaya Geser Gempa Statik Arah Y : Vstatik = 2096 kg Disertai gaya gempa arah X yaitu sebesar 30 % tegak lurus arah gaya gempa statik Y (Vstatik= 30% (2096) = 628,8 kg)

27 5. ANALISA STRUKTUR DAN PERENCANAAN BALOK Denah pembalokan

28 Gambar potongan B-B ; b. Tampak samping (adanyanya penambahan bracing dan kolom)

29 Tampak depan(adanyanya penambahan bracing dan kolom) ; b. Potongan A-A

30 Untuk Bracing yang digunakan menggunakan Coldform bentuk siku dengan tipe LA4630. Data-Data Profile (LA4630) A = 46 mm B = 35 mm t = 3,0 mm A = 225 mm2 W = 1,79 kg/m Ix = x106 mm4 Iy = x106 mm4 Ix = x106 mm4 Iy = x106 mm4 E = 205 kn/mm2 = N/mm2 Berdasarkan BS tabel 4 Us = 400 N/mm2 Ys = 300 N/mm2 py = 300 N/mm2

31 Gambar profil untuk Bracing tipe LA4630

32 Perencanaan Balok Data-Data Profile (LC15230 back to back) D = 127 mm b = 100 mm R = 3,2 mm t = 3,0 mm A = 1320 mm2 W = 10,57 kg/m Ix = 3,16 x106 mm4 Iy = 0,572x106 mm4 ix = 49 mm iy = 20,8 mm Zx = mm3 Zy = mm3 rx = 49 mm ry = 20,8 mm E = 200kN/mm2 = N/mm2 Berdasarkan BS tabel 4 Us = 400 N/mm2 Ys = 300 N/mm2 py = 300 N/mm2

33 Bentuk profil Plain Channel (yang digunakan sebagai Balok)

34 Kontrol Lendutan Pada Hasil Analisa Etabs, deflection terbesar yang terjadi f = 0,358 mm = 0,0358 cm L = 2,0 m = 200 cm L cm f L cm < cm (Ok)

35 Adapun dengan menggunakan program bantu ETABS V9.02 beban yang diterima adalah sebagai berikut : Du = N Mu = Nmm Pu = ,7 N

36 Kuat Nominal Lentur Penampang Pengaruh Tekuk Lokal. Penampang badan: b t Y s 1 2 maka: M ' c M c 7 M M p Z x 300 (49800) 1,49410 c cx o Nmm

37 Penampang sayap: Y 1 2 b t s Y s 1 2 s maka: M ' M M M c c Y Y 1 2 s 1 2 b t p c M c poz x 300 (49800) 1, Nmm M p Z x Y s , Nmm M p M c 0, sehingga M ' c 7 1,49410 M c Nmm

38 Kuat nominal lentur penampang pengaruh tekuk lateral C Y E B B Y E b M M M M M M E Y B M M ,787 10,327 3 B D t r L C r L AED M y E b y E E ,102 (1,13) 10,745 2 M E Nmm Nmm

39 M b (332, ) 4, (1, ) (4, ) M b 6, Nmm > M c Nmm (Ok) Nilai Mc diambil dari nilai momen tekuk lokal antara sayap dan badan yang terkecil dengan momen Mu yang diterima. Penampang masih mampu menahan tekuk lateral dan tekuk lokal. Artinya penampang LC yang digunakan sebagai balok induk kuat terhadap momen lentur yang terjadi.

40 Kontrol Profil Balok terhadap Geser harus memenuhi persamaan: P D v u P v = N P D v u N Du N (Ok)

41 Kombinasi Lentur dan Geser c v v M M P F , , , (Ok)

42 6. PERENCANAAN SAMBUNGAN Diharapkan hubungan antara elemen struktur khusunya pada balok tidak mengalami rotasi (mampu mempertahankan sudut-sudut di antara komponen), sehingga dibuat tipe sambungan kaku sesuai dengan SNI 1726 pasal I II A B C II F E D Gambar denah daerah sambungan

43 Direncanakan dengan baut Ø 12 (BJ 41), baut tipe tumpu. Ab = ¼ π d 2 = 113,09 mm 2 f u = 410 Mpa S 1 1,5 d (18 mm) S 3 d (36 mm) Tebal pelat = 3 mm

44 Menggunakan baut tipe tumpu Kuat geser: V r n 1 f b u A m b 0, , ,45 N V d V f n 0, ,45 = ,59 N(menentukan)

45 Kuat tumpu: R 2, 4d n b t p f u 2, = N R d R f n 0, = N

46 Sambungan Profil Dalam perencanaan kita menggunakan profil LC12730 sebagai balok dimana terdiri dari 2 profil yang digabungkan satu sama lainnya. Akan tetapi untuk menghindari terjadinya tekuk pada salah satu profil, perlu diberi pelat kopel sejauh jarak tertentu. Profil tunggal LC15230 ix = 49 mm iy = 16,07 mm Profil ganda LC15230 (back to back) ix = 49 mm iy = 20,8 mm

47 Sambungan Balok-Balok Jadi kuat rencana baut yang dipakai ( R n ) = ,59 N Maka, n n P u R n ,59 = 0,073 Maka jumlah baut yang dipakai n = 2 buah

48 PELAT SIKU t=3mm BALOK INDUK LC BALOK ANAK LC BAUT D SAMBUNGAN BALOK INDUK - BALOK ANAK ( DETAIL B1) PELAT SIKU t=3mm BALOK ANAK LC BALOK INDUK LC BAUT D SAMBUNGAN BALOK INDUK - BALOK ANAK ( DETAIL B2). Detail sambungan B

49 Sambungan Balok-Kolom Direncanakan dengan baut Ø 12 (BJ 41), baut tipe tumpu. Ab = ¼ π d 2 = 113,09 mm 2 f u = 410 Mpa S 1 1,5 d (18 mm) S 3 d (36 mm) Tebal pelat = 3 mm

50 Sambungan baut n P u R Maka jumlah baut yang dipakai (n) = 2 buah n Sambungan las Digunakan las mutu FE70XX R = 3,2 mm, Tebal pelat = 3 mm, te = 2 mm

51 te perlu f tot f n 13,17 0,75 221,4 = 0,08 mm a perlu t e 0,707 0,08 0,707 = 0,11 mm Sesuai dengan SNI pasal13.5 (tabel ),aturan nilai a min dengan ketebalan pelat = 3 mm untuk t 7 mm, maka digunakan: a = 3 mm.

52 Profil LC (back to back) Las E70xx Pelat 3mm Baut Ø12 Profil LC (back to back) 127 Profil LC (back to back) Baut Ø Profil LC (back to back) 24 Las E70xx Profil LC (back to back) DETAIL SAMBUNGAN A1 DETAIL SAMBUNGAN A2 Detail sambungan A

53 Profil LC (back to back) Las E70xx Pelat 3mm Baut Ø12 Profil LC (back to back) 127 Profil LC (back to back) Baut Ø Las E70xx Profil LC (back to back) DETAIL SAMBUNGAN C1 DETAIL SAMBUNGAN C2 Detail sambungan C

54 24 Pelat 3mm Baut Ø12 Baut Ø Profil LC (back to back) Las E70xx 48 Profil LC (back to back) Las E70xx Profil LC (back to back) Detail sambungan D

55 7. ANALISA PERILAKU BALOK Pada Tugas Akhir ini perlu dilakukan analisa perilaku penampang secara khusus dan untuk melakukan analisa tersebut diperlukan sebuah program bantu untuk memperlihatkan perilaku penampang yang terjadi. Program bantu yang dipakai disebut dengan nama Xtract. Dengan Program bantu ini kita dapat menganalisa kondisi profil yang dipakai saat menerima besar beban tertentu. Bahakn kita dapat mengetahui lokasi leleh pertama pada penampang profil yang dipakai. Untuk sampai mengetahui hasil analisa yang diharapkan, maka perlu melakukan beberapa langkah dalam menjalankan program ini.

56 Tabel Perbandingan hasil Running Analysis Xtract dengan hasil Running Analysis Etabs dan dengan analisa British Standard Hasil Running Analysis Xtract Momen pada leleh pertama Momen ultimat Nmm Nmm Hasil Running Analysis Etabs (Momen yang diterima) Mu Nmm Analisa British Standard Mc (tekuk lokal) Mc (tekuk lateral) Nmm Nmm

57 Analisa besar momen yang mampu dipikul oleh penampang dari balok yang diambil, baik yang dianalisa dengan Xtract maupun dengan menggunakan British Standard perbedaan terlalu besar (perbedaan = Nmm). Dari data di atas juga kita dapat menyimpulkan bahwa, penampang masih sangat kuat dengan besar momen yang diterima, jadi penampang sangat handal menerima beban yang terjadi pada aturan pembebanan yang ada dan beban gempa pada daerah gempa kuat (zona gempa 6)

58 8. PELAKSANAAN PENGGUNAAN BALOK BAJA RINGAN 8.1 MATERIAL Pada dasarnya bahan baja yang digunakan haruslah memenuhi syarat-syarat yang telah ditentukan oleh perencanan. Bahan baja tersebut dapat diperoleh dari pabrik yang telah dipercaya. Dimana tegangan leleh dari bahan baja tersebut tidak boleh melebihi 84 % dari tegangan putus

59 8.2 PROSES PENGERJAAN Dalam memotong material haruslah menggunakan alat yang telah ditentukan dan tidak merusak material baja. Jika terdapat lobang ataupun hal-hal yang sekiranya dapat mempengaruhi kekuatan material yang akan digunakan, hendaknya di hilangkan terlebih dahulu dengan cara memotongnya. Dalam proses pembuatan lubang pada baja ringan hendaknya dengan cara di bor ataupun dengan cara ditekan dengan menggunakan alat yang telah disetujui. Saat akan digunakan hendaknya material baja tersebut dapat dengan mudah dikenali dengan cara memberi tanda. Tapi perlu diingat pemberian tanda tersebut tidak boleh merusak material.

60 Semua baut, mur ataupun paku keling yang digunakan haruslah terlindungi dari korosi. Dalam penggunaannya semua baut, mur ataupun paku keling haruslah terpasang sesuai dengan rekomendasi pabrik. Daerah yang akan dilas hendaknya terbebas dari cairan, minyak, cat atapun benda yang dapat mempengaruhi kualitas las. Pada saat pengerjaan elemen konstruksi sementara hendaknya mampu menahan beban yang ada. Dan pada saat dpindahkan tidak mempengaruhi kekuatan utama struktur. Selama proses pengerjaan material baja haruslah disimpan ditempat yang aman dan terlindungi dari hal-hal yang dapat merusak material baja.

61 8.3 TOLERANSI Panjang dari profil baja yang digunakan tidak boleh menyimpang sebesar ± 3 mm dari yang telah ditentukan. Sudut dari elemen yang berdekatan tidak boleh menyimpang ± 1 o dari yang telah ditentukan. Kelurusan profil tidak boleh menyimpang sejauh ± 3 mm atau L/500 dari yang telah ditentukan. Posisi pada dasar kolom baja terhadap pondasi rigan tidak boleh menyimpang lebih dari 10 mm dari yang telah ditentukan Deviasi pada ujung-ujung kolom baja ringan terhadap kolom dibawahnya tidak boleh menyimpang lebih dari 5 mm atau L/600 dari yang telah ditentukan

62 9. KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN Dari hasil analisa terhadap baja ringan yang tela dilakukan dalam penyusunan Tugas Akhir ini, maka dapat ditarik sejumlah kesimpulan sebagai berikut: 1. Profile Baja Dari hasil perhitungan dan kontrol kekuatan terhadap profil Baja Ringan diketahui bahwa profil LC dapat digunakan sebagai balok pada srtuktur yang ada, karena : Dapat memikul beban mati, beban hidup (sesuai PPIUG), beban angin (sesuai PPIUG) dan beban gempa daerah gempa 6 (sesuai SNI ) Menahan gaya lateral dan lentur yang dihasilkan oleh bebanbeban tersebut sesuai dengan BS Meskipun profil sangat tipis ternyata mampu menahan beban yang cukup besar dan dipakai sebagai struktur utama pada rumah sederhana.

63 2. Model Struktur Pada permodelan struktur tanpa bracing (yang terlihat pada gambar 3.3 dan gambar 3.4) setelah dilakukan running analysis dengan Etabs, ternyata mengalami simpangan yang besar sehingga mengakibatkan struktur menjadi runtuh. Sehingga harus diberikan profil pengaku pada kolom arah memanjang struktur dan penambahan kolom bagian luar struktur supaya struktur mampu menerima gaya normal yang cukup besar dari beban gempa dan beban angin yang diberikan sehingga deformasi yang ditimbulkan menjadi lebih kecil (yang terlihat pada gambar 5.2 dan gambar 5.3). Penambahan profil pengaku bukan hanya memberi perkuatan pada struktur secara umum, namun juga dapat mengurangi besarnya gaya yang dihasilkan pada balok, sehingga balok pun lebih handal.

64 3. Rencana Sambungan Rencana sambungan memakai sambungan kaku dengan menggunakan baut tipe tumpu dengan kekuatan putus baut 410 Mpa sebagai pengikat dan pelat sebagai peyambung antara profil yang diambungkan dengan las dapat menahan gaya yang ada. 4. Analisa Perilaku Terhadap Lentur Dari hasil running program Xtract. Ternyata memperlihatkan kemampuan penampang profil yang sangat besar dalam memikul lentur. Itu dapat dilihat dari nilai momen maksimum yang dapat dipikul padaa leleh pertama (Mxx max = Nmm ) hampir sekitar 9,5 kali momen yang terjadi (M max = Nmm). Untuk laporan hasil analisa program Xtract, lihat lampiran Xtract.

65 5. Pelaksanaan Penggunaan Baja Ringan Material Harus memperhatikan kekuatan material dimana tegangan leleh dari bahan baja tersebut tidak boleh melebihi 84 % dari tegangan putus. Jika didapati produk diluar ketentuan tersebut, perlu diadakan uji laboratorium. Proses pengerjaan Ada 7 hal yang harus diperhatikan dalam pengerjaan di lapangan yaitu: pemotongan material, membuat lubang baut, memberi tanda pada material, pemasangan baut, pengelasan, pemindahan dan penyimpanan. Toleransi Dalam pelaksanaanya dilapangan kadang kita temui ketidaksesuaian material sesuai dengan yang direncanakan. Namun beberapa hal tersebut masih dapat ditoleransi.

66 SARAN Apa yang disampaikan dalam Tugas Besar ini barulah sebatas uji numerikal saja. Oleh karena itu untuk lebih menjamin kehandalan dari material baja ringan perlu diadakan uji laboratorium dengan skala tertentu sehingga didapat hasil yang lebih akurat. Selain itu penyusun berharap agar studistudi penggunaan material baru, lebih ditingkatkan terutama penggunaan material baja ringan.

67 SEKIAN DAN TERIMA KASIH