BAB IV ANALISA & HASIL PERANCANGAN. Bab ini menjelaskan mengenai Perancangan dan Perhitungan struktur atas

Transkripsi

1 BAB IV ANALISA & HASIL PERANCANGAN 4.1 Pendahuluan Bab ini menjelaskan mengenai Perancangan dan Perhitungan struktur atas berupa bangunan Kubah (Dome) dengan menggunakan profil baja. Untuk memudahkan proses perancangan struktur atas dihitung mulai dari Struktur Penutup atap, Struktur penyangga utama, Struktur penopang, Alat sambungan yang dibagi menjadi beberapa bagian, antara lain: a. Perancangan Gording. b. Perancangan Girt (Cladding). c. Perancangan Rangka Portal Kuda-kuda. d. Perancangan Struktur penyangga Cladding. e. Perancangan Struktur Rangka Batang Truss. f. Perancangan Struktur Pengekang Lateral (Flybrace). g. Perancangan Struktur Kolom dan Dudukan (Base Plate). h. Perancangan Sambungan antar Profil Baja (Bola Nodal, Baut dan Las). Serta untuk perhitungan mengacu pada standar perencanaan Struktur Baja, AISC-LRFD99 dan SNI menggunakan 2 metode, yaitu secara manual matematis dan bantuan software SAP2000. Sedangkan untuk penggambaran Layout dan detail bangunan Kubah menggunakan AutoCAD IV-1

2 4.2 Perancangan Gording Gambar 4.1 Potongan melintang Gording menggunakan Lip-Kanal Data-data struktur Diketahui parameter-parameter struktur untuk desain Gording pada bangunan Kubah, antara lain sebagai berikut : a. Jarak antar gording / purlin (s) = 1,25 m c/c b. Jarak Portal Rangka Ruang (D port ) = 6 m c. Sudut kemiringan (Max. Sloping) = 26,5 d. Jarak tumpuan Lateral (D port / 2) = 3 m Data-data Penampang a. Profil yang digunakan Lip-Kanal tipe C ,2. b. Berat sendiri Purlin (q prof ) = 9,27 kg/m H = 200 mm B = 75 mm C = 20 mm t = 3,2 mm I x = 716 cm 4 I y = 84 cm 4 A = 11,81 cm² C w = 67,79 cm 6 Z x = 71,6 cm 3 Z y = 15,8 cm 3 J = 4030 cm 4 S x = 53,9 mm (Untuk detail selengkapnya, lihat lampiran pada data teknis Lip-Kanal) IV-2

3 Data-data Bahan a. Modulus Elastisitas Baja (E) = MPa b. Tegangan Leleh Min. (fy) = 240 MPa c. fr, (Tegangan Sisa) = 115 MPa d. G = E / 2,6 = MPa e. Berat Atap TEGOLA = 12 kg/m Gambar 4.2 Pemodelan Gording menggunakan Lip-Kanal. Dalam sebuah perancangan, diasumsikan bahwa Shear Centre (S.C) agar berhimpit pada C.G supaya memudahkan dalam proses perhitungan dan bebanbeban bekerja pada sumbu simetri nya. IV-3

4 Beban-beban yang bekerja a. Beban Mati (D L ) - Berat sendiri purlin kanal C200 = 9,27 kg/m - Berat Atap (TEGOLA), W s = 12 kg/m² x 1,25 m = 15 kg/m - Asesoris atap (MEP, Insulator dll) diambil 40% = 10 kg/m qd L = 34,27 kg/m b. Beban Hidup - Beban pekerja dianggap pada pusat bentang (L a ) = 100 kg c. Beban Angin (W L ) Gambar 4.3 faktor koefisien angin pada Gedung tertutup. Tekanan angin diambil 40 kg/m². koefisien angin ditinjau pada arah tekanan angin menuju atap dan menjauhi atap. Maka besar Beban Angin (W L ) pada masing-masing arah tekanan angin, adalah: Koefisien muka angin (tekan) = 0,02 x (26,5) - 0,4 = 0,13 Koefisien belakang angin (hisap) = - 0,4 ω tekan ω hisap = 0,13 x 40 kg/m² x 1,25 m = 6,5 kg/m = - 0,4 x 40 kg/m² x 1,25 m = -20 kg/m IV-4

5 Momen-momen yang bekerja pada Gording Ditinjau pada bidang arah sumbu lemah dipasang trekstang pada tengah bentang, sehingga L y = 0,5 x jarak portal (6 m) = 3 m. a. Momen akibat beban mati Gambar 4.4 Tinjauan akibat beban mati pada Gording. q x = qd L x Cos 26,5 = 34,27 x 0,90 = 30,84 kg/m q y = qd L x Sin 26,5 = 34,27 x 0,45 = 15,42 kg/m M x = 1/8 x q x x L x ² = 1/8 x 30,84 x (6)² = 138,78 kg.m M y = 1/8 x q y x L y ² = 1/8 x 15,42 x (3)² = 17,35 kg.m b. Momen akibat beban hidup (P = L a ) Gambar 4.5 Tinjauan akibat beban hidup pada Gording. M x = 1/4 x (P.cos 26,5) x L x = 1/4 x (100 x 0,90) x 6 = 135,00 kg.m M y = 1/4 x (P.sin 26,5) x L y = 1/4 x (100 x 0,45) x 3 = 33,75 kg.m IV-5

6 c. Momen akibat beban angin Angin tekan, M x = 1/8 x (6,5) x (6)² = 29,25 kg.m Angin hisap, M x = 1/8 x (-20) x (6)² = -90,00 kg.m d. Momen akibat kombinasi pembebanan (Maksimum) - Ditinjau pada arah sumbu y (M ux ): 1) 1,4 D L = 1,4 x 138,78 = 194,29 kg.m 2) 1,2 D L + 0,5 L a = 1,2 (138,78) + 0,5 (100) = 216,54 kg.m 3) 1,2 D L + 1,6 L a = 1,2 (138,78) + 1,6 (100) = 326,54 kg.m 4) 1,2 D L + 1,6 L a + 0,8 W L = 1,2 (138,78) ,24 = 349,78 kg.m 5) 1,2 D L + 1,3 W L + 0,5 L a = 166, , = 254,57 kg.m 6) 0,9 D L + 1,3 W L = 124, ,03 = 162,93 kg.m 7) 0,9 D L - 1,3 W L = 124,90-38,03 = 86,87 kg.m - Ditinjau pada arah sumbu x (M uy ): 1) 1,4 D L = 1,4 x 17,35 = 24,29 kg.m 2) 1,2 D L + 0,5 L a = 1,2 (17,35) + 0,5 (100) = 70,82 kg.m 3) 1,2 D L + 1,6 L a = 1,2 (17,35) + 1,6 (100) = 180,82 kg.m 4) 1,2 D L + 1,6 L a + 0,8 W L = 20, = 180,82 kg.m 5) 1,2 D L + 1,3 W L + 0,5 L a = 20, = 70,82 kg.m 6) 0,9 D L + 1,3 W L = 15, = 15,62 kg.m 7) 0,9 D L - 1,3 W L = 15,62 0 = 15,62 kg.m Dari kombinasi diatas, maka didapat hasil momen maksimum sebagai berikut: M ux = 349,78 kg.m M uy = 180,82 kg.m = 3,43 knm = 1,77 knm IV-6

7 Perhitungan desain LRFD pada profil Gording a. Batas kelangsingan penampang / Unbraced Length. Cek tekuk lokal pada plat Flange λ = b / t f = 75 / (3,2) = 23,44 λ p = 170 / f y = 10,97 λ r = 370 / f y f r = 33,09 λ p < λ < λ r.. Penampang tidak kompak!! Cek tekuk lokal pada plat Web λ = h / t w = 200 / 3,2 = 62,50 λ p = 1680 / f y = 108,44 λ < λ p.. Penampang kompak!! b. Menghitung momen residual, M r M r = S x.( f y f r ) = 53,9 x (1250) = 673,75 kg.m c. Perencanaan Lentur M n tanpa tekuk global pada penampang kompak (Web) M n = M p = Z x.f y = 71,6 cm³ x 2400 = 1718,4 kg.m M n tanpa tekuk global pada penampang tidak kompak (Flange) M n = M p (M p - M r ) {(λ λ p ) / (λ r - λ p )} = 1718,4 - (1718,4 673,75){(12,47) / (22,12)} = 1129,49 kg.m d. Menghitung pengaruh tekuk lateral,(l p dan L r ) X 1 = π/s x. (E.G.J.A) / 2 = 0,06 x = 16557,27 kg.m X 2 = (4.C w ) / I y ) x (S x / G.J) 2 = 3,23 x 2, = 9, kg.m IV-7

8 L p = (790 / f y ). r y = 16,13 x 2,67 = 0,43 m L r = ((r y.(x 1 / ( f y f r )) x X 2. ( f y f r )² = ((2,67 x 16557,27 / (1250)) x (9, ).(125)² = 17,68 m Dari hitungan diatas diketahui L p < L < L r (bentang menengah), maka M n : M n = C b {((M r + (M p M r )) x ((L r -L) / (L r -L p ))} < M p Sedangkan besaran C b ditentukan sebesar 1.01, sehingga: M n = 1.01{(673,75 + (1718,4-673,75) x ((8,34)/(116,30))} < M p M n = 756,15 kg.m M p = 1718,40 kg.m ok! e. Kesimpulan untuk nilai tekuk lokal penampang Tekuk lokal pada Web (M nx ) Tekuk lokal pada Flange (M ny ) Tekuk Lateral = 1718,40 kg.m = 1129,49 kg.m = 756,15 kg.m Momen nominal diambil nilai yang terkecil, berdasarkan SNI Baja dan LRFD: M u ϕm n M u = 3,43 knm ϕm n = 6,81 knm. OK! Kuat geser Web pada profil Gording a. Gaya geser yang dicek hanya pada sumbu X (sumbu kuat) q u = 1.2D L + 1.6L L = 1.2 (34,27) (100) = 201,12 kg/m V u = 0,5.q u.d por.cos (26,5) = 0,5 x 201,12 x 6 x 0,90 = 543,02 kg.m = 5,43 knm b. Besaran luas penampang untuk perhitungan geser adalah: A w = H.t w = 200 x 3,2 = 640 mm 2 IV-8

9 c. Kelangsingan Web dan batas-batas kelangsingan h/t w = 200 / 3,2 = 62,5 < 260 (tidak disyaratkan pengaku) 2,45. E/f y = 833,33 = 70,73 3,07. E/fy = 833,33 = 88,62 d. Gaya geser Nominal, V n V n = 0,6.(240).640, Jika (h/t w ) 70,73 Web is Stabil Jadi, V n = 9,22 kn e. Geser di desain dengan faktor tahanan, ϕv = 0.9 V u = 5,43 knm ϕv.v n = 8,3 knm.....ok! Cek masalah Puntir Untuk mengatasi masalah puntir (Torsion), maka persamaan menjadi: {(M ux / (ϕ.m nx )} + {(M uy / (ϕ.m ny / 2)} 1 {(349,78 / (1546,56)} + {(180,82 / ((1016,54) / 2)} 1 Cek Rasio (0,23) + (0,36) = 0,59 1 OK! Batasan Lendutan pada Gording a. Batas lendutan (Δ Max ) Menurut SNI , Tabel 6.4.1, Agar memenuhi persyaratan Lendutan maksimum, maka disyaratkan untuk balok biasa (L/240): Δ Max = 3000 / 240 = 12,5 mm IV-9

10 b. Defleksi pada arah Y (f y ) Akibat beban mati (δd L ) dan akibat beban hidup (δl L ) Δ Terjadi = {5/384 x (q DL.Cos 26,5.L 4 ) / E.I x } = {5 x (34,27 x 0,895 x 6 4 ) x 10 8 x 10-2 / 384 ( x 716)} = (1, ) / (5, ) = 3,62 mm Δ Terjadi = {1/48 x (P. Cos 26,5.L 3 )) / E.I x } = {1 x (100 x 0,895 x 6 3 ) x 10 6 / 48 x ( x 716)} = (1, ) / (6, ) = 2,81 mm c. Defleksi pada arah X (f x ) Akibat beban mati (δd L ) dan akibat beban hidup (δl L ) Δ Terjadi = {5/384 x (q DL.Sin 26,5.L 4 ) / E.I y } = {5 x (34,27 x 0,45 x 3 4 ) x 10 8 x 10-2 / 384 ( x 84)} = (6, ) / (6, ) = 0,97 mm Δ Terjadi = {1/48 x (P.Sin 26,5.L 3 )) / E.I y } = {1 x (100 x 0,45 x 3 3 ) x 10 6 / 48 x ( x 84)} = (1, ) / (8, ) = 1,51 mm d. Defleksi total Δ Komb = δ f y ² + δ f x ² = (6,43)² + (2,48)² = 6,89 mm e. Kontrol defleksi terhadap beban layan (Service) Δ Komb = 7 mm Δ Max = 12,5 mm.. OK! IV-10

11 4.3 Perancangan Girt (Cladding) Gambar 4.6 Potongan melintang Cladding pada Kubah Data-data struktur Diketahui parameter-parameter struktur untuk desain Girt pada antara lain: a. Jarak antar Girt (s) = 1,25 m c/c b. Jarak Portal Rangka Cladding (D port ) = 6 m Data-data Penampang a. Profil yang digunakan Lip-Kanal tipe C ,5. b. Berat sendiri Girt (q prof ) = 7,33 kg/m H = 200 mm S x = 54,5 mm I x = 573 cm 4 I y = 68 cm 4 Z x = 57,3 cm 3 Z y = 12,9 cm 3 IV-11

12 Data-data Bahan a. Modulus Elastisitas Baja (E) = 2x10 5 MPa b. Tegangan Leleh Min. (fy) = 240 MPa c. G = E / 2,6 = MPa d. Berat Dinding TEGOLA = 12 kg/m Beban-beban yang bekerja a. Beban Mati (D L ) - Berat sendiri Girt kanal C = 7,33 kg/m - Berat Wall (TEGOLA), W s = 12 kg/m² x 1,25 m = 15 kg/m - Asesoris Girt (MEP, Insulator dll) diambil 20% = 5 kg/m qd L = 27,33 kg/m b. Beban Hidup - Beban pekerja dianggap pada pusat bentang (L a ) = 100 kg c. Beban Angin (W L ) Gambar 4.7 Faktor koefisien angin pada Cladding Kubah. IV-12

13 Tekanan angin diambil 40 kg/m², Maka besar Koefisien beban angin (W L ): Koefisien muka angin (tekan) = 0,9 Koefisien belakang angin (hisap) = -0,4 ω tekan = 0,9 x 40 kg/m² x 1,25 m = 45 kg/m ω hisap = -0,4 x 40 kg/m² x 1,25 m = -20 kg/m Momen-momen yang bekerja pada Girt Ditinjau arah sumbu lemah dipasang trekstang ditengah bentang, sehingga L y = 0,5 x jarak portal (6m) = 3 m. Perhitungan momen-momen pada Girt, Yaitu: Gambar 4.8 Potongan penampang Profil Girt. a. Momen pada arah Y (arah sumbu lemah) q yt = 27,33 kg/m M y = 1/8 x q yt x L y 2 =1/8 x 27,33 x 3 2 = 30,75 kg.m = 3075 kg.cm W x = M y.y / I x = 3075 x 10 / 573 = 53,67 cm 3 σ Y = M y / W x = 3075 / 53,67 = 57,30 kg cm 2 IV-13

14 b. Momen pada arah X (arah sumbu kuat) - Angin Tekan q xt = 45 kg/m M x = 1/8 x q yt x L 2 = 1/8 x (45) x (6)² = kg.cm W y = M x.x / I y = x 2,2 / 68 = 656,8 cm 3 σ X = M x / W y = / 656,8 = 30,91 kg cm 2 - Angin Hisap q xt = = -32 kg/m M x = 1/8 x q yt x L 2 = 1/8 x (-32) x (6)² = kg.cm W y = M x.x / I y = x 2,2 / 68 = 465,88 cm 3 σ X = M / W y = / 465,88 = 30,91 kg cm 2 c. Momen akibat kombinasi pembebanan (Maksimum) - Ditinjau pada arah sumbu Y (M ux ): 1,2 D L + 1,6 L a + 0,8 W L = 1,2 (30,75) = 196,90 kg.m - Ditinjau pada arah sumbu X Tekan (M uy ): 1,2 D L + 1,6 L a + 0,8 W L = 1,2 (203) ,31 = 403,91 kg.m - Ditinjau pada arah sumbu X Hisap (M uy ): 1,2 D L + 1,6 L a + 0,8 W L = 1,2 (144) ,31 = 333,11 kg.m Dari kombinasi diatas, didapat hasil kombinasi maksimum sebagai berikut: M ux = 196,90 kgm M uy = 403,91 kgm M uy = 333,11 kgm = 1,97 knm = 4,04 knm (Tekan) = 3,33 knm (Hisap) IV-14

15 Perhitungan desain LRFD pada profil Girt Asumsi kombinasi pembebanan yang paling dominan adalah M uy. a. Batas kelangsingan penampang / Unbraced Length Cek tekuk lokal pada plat Flange λ = b / t f = 75 / (2,5) = 30,00 λ p = 170 / f y = 10,97 λ r = 370 / f y f r = 33,09 λ p < λ < λ r...penampang tidak kompak!! Cek tekuk lokal pada plat Web λ = h / t w = 200 / 2,5 = 80,00 λ p = 1680 / f y = 108,44 λ < λ p.. Penampang kompak!! b. Menghitung momen residual, M r M r = S x.( f y f r ) = 54,5 x (125) = 681,25 kg.m c. Perencanaan lentur metode LRFD M n tanpa tekuk global pada penampang kompak M n = M p = Z x.f y = 57,3 cm³ x 240 = 1375,2 kg.m M n tanpa tekuk global pada penampang tidak kompak M n = M p (M p -M r ) {(λ λ p ) / (λ r - λ p )} = 1375,2 - (1375,2 681,25){(19,03) / (22,12)} = 778,20 kg.m d. Menghitung pengaruh tekuk lateral,(l p dan L r ) X 1 = π/s x. (E.G.J.A) / 2 = 0,058 x ,4 = 69938,75 kg.m IV-15

16 X 2 = ((4.C w ) / I y )). (S x / G.J) 2 = 32,57 x 0, = 4, kg.m L p = (790 / f y ). r y = 1,38 m L r = ((r y.x 1 / ( f y f r )) x X 2. ( f y f r )² = ((1895, / (125)) x (4, ).(125)² = 37,91 m Dari analisa diatas diketahui L p < L < L r (bentang panjang), maka (M n ): M n = C b {((M r + (M p M r )) x ((L r -L) / (L r -L p ))} < M p Sedangkan besaran C b ditentukan sebesar 1,01, sehingga: M n = 1,01((681,25+(1375,2-681,25)){(31,91) / (36,53)} < M p M n = 1300,31 kg.m M p = 1375,20 kg.m..ok! e. Kesimpulan untuk nilai tekuk lokal penampang Tekuk lokal pada Web (M nx ) Tekuk lokal pada Flange (M ny ) Tekuk Lateral = 1375,20 kg.m = 778,20 kg.m = 1300,31 kg.m Karena hasil M n diambil nilai terbesar, maka hitungan berdasarkan SNI: M u ϕm n M u = 4,04 knm ϕm n = 7,00 knm.....ok! Kuat geser Web pada profil Girt a. Gaya geser yang dicek hanya pada sumbu X (sumbu kuat) V u = 0,5 q u.d por.cos (26,5) = 0,5 x 203,20 x 6 x 0,99 = 5,92 knm b. Besaran luas penampang untuk perhitungan geser adalah: A w = H.t w = 200 x 2,5 = 500 mm 2 IV-16

17 c. Kelangsingan Web dan batas-batas kelangsingan h/t w = 200 / 2,5 = 80 < 260 (tidak disyaratkan pengaku) 2,45. E/f y = 833,33 = 70,73 3,07. E/fy = 833,33 = 88,62 d. Gaya geser Nominal 70,73 < 80 < 88,62 Tekuk Web inelastis dapat terjadi. V n = 0,6.(240).A w x 2,45 E/f y /(h/t w ) = 0,6.(240).500 x (70,73/80) Jadi, V n = N e. Geser di desain dengan faktor tahanan, ϕv = 0,9. V u = 5,92 knm ϕv.v n = 5,73 knm..ok! Cek masalah Puntir {(M ux / (ϕ.m nx )} + {(M uy / (ϕ.m ny / 2)} 1 {(196,90 / (1237,68)} + {(403,91 / (703,38) / 2)} 1 Cek Rasio (0,16) + (0,83) = 0,99 1 OK! Batasan lendutan pada Girt a. Batas lendutan (Δ Max ) Menurut SNI , Tabel 6.4.1, Agar memenuhi persyaratan Lendutan maksimum, maka disyaratkan untuk balok biasa (L/240): Δ Max = 3000 / 240 = 12,5 mm IV-17

18 b. Defleksi pada arah Y (f y ) akibat beban mati (δd L ) dan akibat beban hidup (δl L ) Δ Terjadi = {5/384 x (q DL.L 4 ) / E.I x } = {5 x (27,33 x 6 4 ) x 10 8 x 10-2 / 384 ( x 573)} = (1, ) / (4, ) = 4,02 mm Δ Terjadi = {1/48 x (P.L 3 )) / E.I x } = {1 x (100 x 6 3 ) x 10 6 / 48 x ( x 573)} = (2, ) / (5, ) = 3,93 mm Σ Δ Terjadi = 4,02 + 3,93 = 7,95 mm c. Defleksi pada arah X (f x ) akibat beban mati (δd L ) dan akibat beban hidup (δl L ) Δ Terjadi = {5/384 x (q DL.L 4 ) / E.I y } = {5 x (27,33 x 3 4 ) x 10 8 x 10-2 / 384 ( x 68)} = (1, ) / (5, ) = 2,15 mm Δ Terjadi = {1/48 x (Wtekan.L 3 )) / E.I y } = {1 x (45 x 3 3 ) x 10 6 / 48 x ( x 68)} = (1, ) / (6, ) = 1,87 mm Σ Δ Terjadi = 2,15 + 1,87 = 4,02 mm e. Defleksi total Δ Komb = δ f y ² + δ f x ² = (7,95)² + (4,02)² = 63, ,104 = 9 mm f. Kontrol defleksi terhadap beban layan (Service) Δ Komb = 9 mm Δ Max = 12,5 mm. OK! IV-18

19 4.4 Perancangan Struktur Rangka Portal Kuda-kuda Model 3D pada Program SAP2000 Gambar 4.9 Pemodelan 3D pada Rangka Struktur Portal Kuda-kuda. Maksud dari pemodelan ini adalah untuk mengetahui visualisasi pada bentuk bangunan sesungguhnya. Pada sisi rangka atas (Top Chord Truss), pemodelan rangka portal dibuat agak lengkung untuk membentuk rangka Kubah. IV-19

20 Data-data Profil a. Profil awal yang digunakan pada Portal Kuda-kuda adalah: Arah Horisontal, Vertikal & Diagonal = EA b. Berat sendiri Profil (q prof ) = 14,90 kg/m A = 19 cm 2 I x, I y = 175 cm 4 Z x, Z y = 24,4 cm 3 H = 100 mm t = 10 mm C x, C y = 2,82 cm Gambar 4.10 Profil EA untuk Rangka Struktur Portal Kuda-kuda Data-data Bahan a. Modulus Elastisitas Baja (E) = 2x10 5 MPa b. Tegangan Leleh Min. (fy) = 240 MPa c. G = E / 2,6 = MPa Beban-Beban yang bekerja a. Beban Mati (D L ) - Berat sendiri Profil Gording C200 = 9,27 kg/m - Berat Atap (TEGOLA), W s = 12 kg/m² x 1,25 m = 15 kg/m - Asesoris 40% (MEP, Trekstang, Insulator) = 15 kg/m qd L = 39,27 kg/m IV-20

21 b. Beban Hidup (L a ) - Beban pekerja dianggap pada pusat bentang = 100 kg c. Beban Angin (W L ) Tekanan angin diambil 40 kg/m², Maka besar Koefisien beban angin (W L ): Arah Vertikal Koefisien muka angin (tekan) = 0,02 x (26,5) - 0,4 = 0,13 Koefisien belakang angin (hisap) = - 0,4 ω tekan ω hisap = 0,13 x 40 kg/m² x 1,25 m = 6,5 kg/m = - 0,4 x 40 kg/m² x 1,25 m = -20 kg/m Arah Horisontal Koefisien muka angin (tekan) = 0,9 Koefisien belakang angin (hisap) = -0,4 ω tekan = 0,9 x 40 kg/m² x 1,25 m = 45 kg ω hisap = -0,4 x 40 kg/m² x 1,25 m = -20 kg IV-21

22 Pembebanan model struktur Portal Kuda-kuda Kombinasi pembebanan (Combo) menggunakan kombinasi yang paling dominan yaitu 1,2 D L + 1,6 L a + 0,8 W L. a. Input Beban Mati (D L ) b. Input Beban Hidup (L L ) c. Input Beban Angin (W L ) IV-22

23 Hasil reaksi (Run Analysis) pada Struktur Portal Kuda-kuda a. Diagram bidang Normal Diagram Bidang Normal adalah diagram yang dihasilkan dari faktor kombinasi pembebanan maksimum dari beban-beban yang bekerja pada struktur. b. Diagram Defleksi Diagram Defleksi adalah diagram struktur untuk mengetahui bagaimana lendutan yang terjadi ketika semua elemen beban-beban bekerja pada struktur. IV-23

24 Cek Rasio Desain pada struktur Rangka Portal Kuda-kuda Gambar 4.11 Model portal kuda-kuda yang telah di Run Analysis. Elemen struktur yang dipakai harus disyaratkan dengan Rasio (< 1) agar struktur masih dapat memberikan kinerja layan batas kekuatan dan keamanan. Terlihat pada gambar 4.11, bahwa elemen-elemen profil yang dipakai menunjukan range nilai rasio 0,55 < 1. Jadi, profil 2x EA aman digunakan, OK!. IV-24

25 Analisa Gaya Batang Tabel 4.1 Gaya Batang Rangka Portal Kuda-kuda. Batang Panjang Pembebanan Aksial Keterangan (m) Max (Kg) COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tekan IV-25

26 COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO-1 (Maksimum) = Kombinasi pembebanan 1,2 D L + 1,6 L a + 0,8 W L. Gaya Tekan Maksimum Gaya Tarik Maksimum = 9665,05 Kg = 9,67 Ton = 4006,24 Kg = 4,00 Ton IV-26

27 Desain Rangka Batang a. Perancangan Batang Tarik Gambar 4.12 Model struktur batang Tarik. T u = 4006,24 Kg = 4,00 Ton L = 1,220 m = 1250 mm Profil yang dipakai EA. A g = 19 cm 2 f y = 2400 kg/cm 2 f u = 3700 kg/cm 2 Tinjauan pada Kondisi Leleh: ϕt n = ϕa g.f y = 0.9 x (1920) x 240 = 42 Ton Tinjauan pada Kondisi Fraktur: A n = (16 + 2) = 1820 mm A g = 0.85 x 1820 = 1547 mm 2 U = 1 (x/l) = 1 - (28,2/75) = 0.62 A e = U.A n = 0.62 x 1820 = 1128,4 mm 2 ϕt n = ϕa e. f u = 0.75 (1128,4) (370) = 31 Ton IV-27

28 Tinjauan pada Kondisi Geser Blok: 0.6 f u A nv = 0.6 (370) (2750) = 61 Ton f u A nt = (370) (1000) = 37 Ton Karena f u A nt < 0.6 f u A nv, sehingga persamaan menjadi: 0.6 f u A nv + f y A gt = (1000) = 24 Ton ϕt n = 0.75 x (85) = 18 Ton Sesuai perhitungan diatas, profil 2x EA memiliki Tahanan rencana sebesar 18 Ton. b. Perancangan Batang Tekan Gambar 4.13 Model struktur batang Tekan. N u = 9665,05 Kg = 9,67 Ton L = 2,870 m = 3000 mm Profil awal yang dipakai EA. A g = 19 cm 2 f y = 2400 kg/cm 2 f u = 3700 kg/cm 2 I x = I y = 175 cm 4 C x = C y = 28,2 mm IV-28

29 Cek kelangsingan penampang: - Flange b/t = / f y = 12,91 Penampang kompak! - Web Tak ada syarat. Kondisi kedua tumpuan adalah sendi sendi (k = 1.0) Dicoba menggunakan 5 buah pelat kopel: L 1 = 3000 / (5-1) = 750 λ 1 = 750 / (19,5) = 38,46 < 100.OK! Tinjauan pada arah Sumbu Bahan (sumbu X): r x = I x / A = 175/38 = 21,46 mm λ x = (k.l x ) / r x = (3000) / 21,46 = 140 λ x = 140 > 1.2 λ 1 = 46,15..OK! Tinjauan pada arah Sumbu Bebas Bahan (sumbu Y): λ y = 2 (I y + A g ((e y + t p / 2) 2 )) = 2 ( (3800 ((71, / 2) 2 )) = mm 4 A profil = 2 x 1900 mm 2 = 3800 mm 2 r y = I y /A profil = 175/38 = 21,46 mm λ y = (k.l y ) / r y = 3000 / 21,46 = 140 Kelangsingan ideal λi y 2 2 = λ y + (m/2) λ 1 = (140) 2 + (2/2) 38,46 2 = 145 λi y = 145 > 1.2 λ 1 = 58,98.OK! IV-29

30 Karena λi y > λi x, Tekuk terjadi pada sumbu bebas bahan sehingga: λc y = (λi y / π) x ( f y / E) = (145 / 3.14) x (0,035) = 1, < λc y < 1.2 ω y = 1.43 / ( λ cy ) = 1.43/( x 1,18) = 1,77 N n = A g.f cr = 1382 x (f y / ω y ) = 3800 x (240 / 1,77) = 51,53 Ton Tinjauan pada Tekuk Lentur Torsi: J = 2 Σ (1/3) b.t 3 = 2 (1/ / ) = ,33 mm 4 y 0 = e x t/2 = 30 (10/2) = 25 mm r 0 = {(I x + I y ) / A} + x y 0 = {(( )10 4 ) / 19} (25) 2 = 1848,36 mm 2 H = 1 {(x y 2 0 ) / r 0 } = 1 0,34 = 0,66 f crz = (80000 x 17280) / (691 x 1848,36) = 8352 MPa f cry = (f y / ω y ) = (240 / 1,77) = 136 MPa f clt = {(f cry + f crz ) / 2H} [1-1 {(4 f cry. f crz. H) / (f cry + f crz ) 2 ] = {(8488) / 1,32} [1-1 {(22408,32) / ( )] = 64 MPa N clt = A g. f clt = 3800 x 64` = 24 Ton ϕc.n clt = 0.85 x 24 = 20 Ton Cek: N u / ϕc.n nlt = 9,67 / 20 = 0,48 1..OK! Dari hasil perhitungan diatas, profil ganda 2x EA cukup OK dan aman digunakan sebagai batang tekan pada Rangka Portal Kuda-kuda. IV-30

31 4.5 Perancangan Struktur Rangka Portal Cladding Model 3D pada Program SAP2000 Gambar 4.14 Pemodelan 3D pada Rangka Struktur Cladding Data-data Penampang a. Profil awal yang digunakan pada Portal Cladding adalah: Arah Horisontal, Vertikal & Diagonal = EA b. Berat sendiri Profil (q prof ) = 14,90 kg/m A = 19 cm 2 I x, I y = 175 cm 4 Z x, Z y = 24,4 cm 3 H = 100 mm t = 10 mm C x, C y = 2,82 cm IV-31

32 Gambar 4.15 Profil EA untuk Struktur Rangka Cladding Data-data Bahan a. Modulus Elastisitas Baja (E) = MPa b. Tegangan Leleh Min. (fy) = 240 MPa c. fr, (Tegangan Sisa) = 115 MPa d. G = E / 2,6 = MPa Beban-beban yang bekerja a. Beban Mati (D L ) - Berat sendiri Profil Gording C200 = 9,27 kg/m - Berat profil Girt C200 = 7,33 kg/m - Berat Wall (TEGOLA), W s = 12 kg/m² x 1,25 m = 15 kg/m - Asesoris Girt (MEP, Insulator dll) diambil 40% = 10 kg/m qd L = 41,60 kg/m b. Beban Hidup (L a ) - Beban pekerja dianggap pada pusat bentang = 100 kg IV-32

33 4.5.5 Pembebanan model struktur Portal Cladding Kombinasi pembebanan (Combo) menggunakan kombinasi yang paling dominan yaitu 1,2 D L + 1,6 L a + 0,8 W L. a. Input Beban Mati (D L ) dan Input Beban Hidup (L L ) b. Input Beban Angin (W L ) IV-33

34 4.5.6 Hasil reaksi (Run Analysis) pada Portal Cladding a. Diagram bidang Normal b. Diagram Defleksi IV-34

35 4.5.7 Cek rasio desain pada Struktur Rangka Cladding Gambar 4.16 Model portal Cladding yang telah di Run Analysis. Setelah model struktur di Run Analysis, maka elemen struktur yang dipakai harus disyaratkan dengan Rasio (< 1) agar struktur masih dapat memberikan kinerja layan batas kekuatan dan keamanan. Terlihat pada gambar 4.16, bahwa elemen-elemen profil yang dipakai menunjukan range nilai rasio 0,55 < 1. Jadi, profil 2x EA aman digunakan, OK!. IV-35

36 4.5.8 Analisa Gaya Batang Tabel 4.2 Gaya Batang Rangka Portal Cladding. Batang Panjang Pembebanan Aksial Keterangan (m) Max (Kg) COMBO Tekan COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO-1 (Maksimum) = Kombinasi pembebanan 1,2 D L + 1,6 L a + 0,8 W L. Gaya Tekan Maksimum Gaya Tarik Maksimum = 1780,32 Kg = 1,78 Ton = 327,00 Kg = 0,33 Ton IV-36

37 4.5.9 Desain Rangka Batang a. Perancangan Batang Tarik Gambar 4.17 Model struktur batang Tarik. T u = 327,00 Kg = 0,33 Ton L = 1,826 m = 1850 mm Profil yang dipakai EA. A g = 19 cm 2 f y = 2400 kg/cm 2 f u = 3700 kg/cm 2 Tinjauan pada Kondisi Leleh: ϕt n = ϕa g.f y = 0.9 x (1920) x 240 = 42 Ton Tinjauan pada Kondisi Fraktur: A n = = 1820 mm A g = 0.85 x 1820 = 1547 mm 2 U = 1 (x/l) = 1 - (28,2/75) = 0.62 A e = U.A n = 0.62 x 1820 = 1128,4 mm 2 ϕt n = ϕa e. f u = 0.75 (1128,4) (370) = 31 Ton IV-37

38 Tinjauan pada Kondisi Geser Blok: 0.6 f u A nv = 0.6 (370) (2750) = 61 Ton f u A nt = (370) (1000) = 37 Ton Karena f u A nt < 0.6 f u A nv, sehingga persamaan menjadi: 0.6 f u A nv + f y A gt = (1000) = 24 Ton ϕt n = 0.75 x (85) = 18 Ton Sesuai perhitungan diatas, profil 2x EA memiliki Tahanan rencana sebesar 18 Ton. b. Perancangan Batang Tekan Gambar 4.18 Model struktur batang Tekan. N u = 1780,32 Kg = 1,78 Ton L = 2,289 m = 2300 mm Profil awal yang dipakai EA. A g = 19 cm 2 f y = 2400 kg/cm 2 f u = 3700 kg/cm 2 I x = I y = 175 cm 4 C x = C y = 28,2 mm IV-38

39 Cek kelangsingan penampang: - Flange b/t = / f y = 12,91 Penampang kompak! - Web Tak ada syarat. Kondisi kedua tumpuan adalah sendi sendi (k = 1.0) Dicoba menggunakan 4 buah pelat kopel: L 1 = 2300 / (4-1) = 767 λ 1 = 767 / (28,2) = 27,20 < 50.OK! Tinjauan pada arah Sumbu Bahan (sumbu X): r x = I x / A = 175/38 = 21,46 mm λ x = (k.l x ) / r x = (2300) / 21,46 = 107 λ x = 107 > 1.2 λ 1 = 32,64..OK! Tinjauan pada arah Sumbu Bebas Bahan (sumbu Y): λ y = 2 (I y + A g ((e y + t p / 2) 2 )) = 2 ( (3800 ((71, / 2) 2 )) = mm 4 A profil = 2 x 1900 mm 2 = 3800 mm 2 r y = I y /A profil = 175/38 = 21,46 mm λ y = (k.l y ) / r y = 2300 / 21,46 = 107 Kelangsingan ideal λi y 2 2 = λ y + (m/2) λ 1 = (107) 2 + (2/2) 27,20 2 = 110 λi y = 110 > 1.2 λ 1 = 58,98.OK! IV-39

40 Karena λi y > λi x, Tekuk terjadi pada sumbu bebas bahan sehingga: λc y = (λi y / π) x ( f y / E) = (110 / 3.14) x (0,035) = 1, < λc y < 1.2 ω y = 1.43 / ( λ cy ) = 1.43/( x 1,23) = 1,84 N n = A g.f cr = 1382 x (f y / ω y ) = 3800 x (240 / 1,84) = 49,57 Ton Tinjauan pada Tekuk Lentur Torsi: J = 2 Σ (1/3) b.t 3 = 2 (1/ / ) = ,33 mm 4 y 0 = e x t/2 = 71,8 (10/2) = 67 mm r 0 = {(I x + I y ) / A} + x y 0 = {(( )10 4 ) / 1900} (67) 2 = 6331,11 mm 2 H = 1 {(x y 2 0 ) / r 0 } = 1 0,71 = 0,29 f crz = (80000 x ,33) / (3800 x 6331,11) = 443 MPa f cry = (f y / ω y ) = (240 / 1,84) = 130 MPa f clt = {(f cry + f crz ) / 2H} [1-1 {(4 f cry. f crz. H) / (f cry + f crz ) 2 ] = {(8488) / 0,58} [1-1 {(22408,32) / ( )] = 64 MPa N clt = A g. f clt = 3800 x 64` = 24 Ton ϕc.n clt = 0.85 x 24 = 20 Ton Cek: N u / ϕc.n nlt = 1,78 / 20 = 0,48 1..OK! Dari hasil perhitungan diatas, profil ganda 2x EA cukup OK dan aman digunakan sebagai batang tekan pada Rangka Portal Kuda-kuda. IV-40

41 4.6 Perancangan Struktur Rangka Batang Truss Pemodelan pada Program SAP2000 Gambar 4.19 Pemodelan 3D pada Struktur Rangka Batang Truss Data-data Penampang a. Profil awal yang digunakan pada Struktur Rangka Batang Ruang adalah: - Arah Horisontal & Diagonal = EA - Arah Vertikal = EA IV-41

42 b. Berat sendiri Profil (q prof ) EA = 5,40 kg/m A = 6,91 cm 2 I x, I y = 22,79 cm 4 Z x, Z y = 5,28 cm 3 H = 60 mm t = 6 mm C x, C y = 1,70 cm c. Berat sendiri Profil (q prof ) EA = 3,77 kg/m A = 4,80 cm 2 I x, I y = 11,10 cm 4 Z x, Z y = 3,08 cm 3 H = 50 mm t = 5 mm C x, C y = 1,41 cm Gambar 4.20 Profil EA untuk Struktur Rangka Batang Truss Data-data Bahan a. Modulus Elastisitas Baja (E) = MPa b. Tegangan Leleh Min. (fy) = 240 MPa c. G = E / 2,6 = MPa Beban-beban yang Bekerja a. Beban Mati (D L ) - Berat sendiri Profil EA = 5,40 kg/m - Berat sendiri Profil EA = 3,77 kg/m - Berat profil Girt C200 = 7,33 kg/m - Berat Wall (TEGOLA), W s = 12 kg/m² x 1,25 m = 15 kg/m qd L = 31,50 kg/m IV-42

43 b. Beban Sementara (L L ) - Berat Pekerja dan Berat Peralatan = 100 kg/m Pembebanan model Struktur Rangka Truss Kombinasi pembebanan (Combo) menggunakan kombinasi yang paling dominan yaitu 1,2 D L + 1,6 L a a. Input Beban Mati (D L ) b. Input Beban Hidup (L L ) IV-43

44 Hasil reaksi (Run Analysis) pada Struktur Rangka Truss a. Diagram bidang Normal b. Diagram Defleksi IV-44

45 Cek rasio desain Struktur Rangka Truss Gambar 4.21 Model Struktur Batang Truss yang telah di Run Analysis. Elemen struktur yang dipakai harus disyaratkan dengan Rasio (< 1) agar struktur masih dapat memberikan kinerja layan batas kekuatan dan keamanan. Terlihat pada gambar 4.21, bahwa elemen-elemen profil yang dipakai menunjukan range nilai rasio rata-rata 0,675 < 1. Jadi, profil EA dan EA masih aman dan OK! digunakan pada struktur rangka batang truss tersebut. IV-45

46 Analisa Gaya Batang Tabel 4.3 Gaya Batang Struktur Rangka Truss. Batang Panjang Pembebanan Aksial Geser Momen Keterangan (m) Max (Kg) (Kg) (Kg/m) COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tekan COMBO Tekan COMBO Tarik COMBO-1 (Maksimum) = Kombinasi pembebanan 1,2 D L + 1,6 L a. Gaya Tekan Maksimum Gaya Tarik Maksimum = 813,55 Kg = 0,81 Ton = 855,18 Kg = 0,86 Ton IV-46

47 Desain Gaya Batang a. Perancangan Batang Tarik Gambar 4.22 Model struktur batang Tarik. T u = 855,18 Kg = 0,86 Ton L = 2 m = 2000 mm Profil yang dipakai EA. Diameter baut 12 mm. A g = 3,77 cm 2 f y = 2400 kg/cm 2 f u = 3700 kg/cm 2 Tinjauan pada Kondisi Leleh: ϕt n = ϕa g.f y = (0.9 x 377) x 240 = 8 Ton Tinjauan pada Kondisi Fraktur: A n = (12 + 2) = 307 mm A g = 0.85 x 307 = 261 mm 2 U = 1 (x/l) = 1 - (14,1/25) = 0.44 A e = U.A n = 0.44 x 261 = 115 mm 2 ϕt n = ϕa e. f u = 0.75 (115)(370) = 3 Ton IV-47

48 Tinjauan pada Kondisi Geser Blok: 0.6 f u A nv = 0.6 (370) (50 1.5(12+2) (5) = 1,10 Ton f u A nt = (370) (25 0.5(12+2) (5) = 0,92 Ton Karena f u A nt < 0.6 f u A nv, sehingga persamaan menjadi: 0.6 f u A nv + f y A gt = 1, (50 x 5) = 6 Ton ϕt n = 0.75 (6) = 4,5 Ton Sesuai perhitungan diatas, profil EA memiliki tahanan rencana sebesar 4,5 Ton. Keruntuhan geser blok terjadi karena jarak baut terlalu kecil. b. Perancangan Batang Tekan Gambar 4.23 Model struktur batang Tekan. N u = 813,55 Kg = 0,81 Ton L = 2,293 m = 2300 mm Profil awal yang dipakai EA. A g = 6,91 cm 2 f y = 2400 kg/cm 2 f u = 3700 kg/cm 2 I x = I y = 22,79 cm 4 C x = C y = 17 mm IV-48

49 Cek kelangsingan penampang: - Flange b/t = / f y = 12,91 Penampang tak kompak! - Web Tak ada syarat. Kondisi kedua tumpuan adalah sendi sendi (k = 1.0) Tinjauan pada arah Sumbu Bahan (sumbu X): r x = I x / A = 22,79/6,91 = 32,98 mm λ x = (k.l x ) / r x = (2300) / 32,98 = 69,74 λ x = 69,74 > 1.2 λ 1 = 58,98..OK! Tinjauan pada arah Sumbu Bebas Bahan (sumbu Y): λ y = 2 (λ y + A g ((e y + t p / 2) 2 )) = 2 (22, (691 (( / 2) 2 )) = mm 4 A profil = 691 mm 2 r y = λ y /A profil = / 691 = 33,31 mm λ y = (k.l y ) / r y = 2300 / 33,31 = 69,05 Kelangsingan ideal λi y 2 2 = λ y + (m/2) λ 1 = (69,05) 2 + (2/2) 49,15 2 = 109,34 Karena λi y > λi x, Tekuk terjadi pada sumbu bebas bahan sehingga: λc y = (λi y / π) x ( f y / E) = (109,34 / 3.14) x (0,035) = 1, < λc y < 1.2 ω y = 1.43 / ( λ cy ) = 1.43/( x 1,22) = 1,83 N n = A g.f cr = 1382 x (f y / ω y ) = 691 x (240 / 1,83) = 9,06 Ton IV-49

50 Tinjauan pada Tekuk Lentur Torsi: J = 2 Σ (1/3) b.t 3 = 2 (1/ / ) = mm 4 y 0 = e x t/2 = 30 (6/2) = 27 mm r 0 = {(I x + I y ) / A} + x y 0 = {((22, ,79)10 4 ) / 691} (27) 2 = 1388,62 mm 2 H = 1 {(x y 2 0 ) / r 0 } = 1 0,53 = 0,47 f crz = (80000 x 17280) / (691 x 1388,62) = 1441 MPa f cry = (f y / ω y ) = (240 / 1,83) = 131 MPa f clt = {(f cry + f crz ) / 2H} [1-1 {(4 f cry. f crz. H) / (f cry + f crz ) 2 ] = {(131572) / 0,94} [1-1 {(354889,48) / (1,73 x )] = 28 MPa N clt = A g. f clt = 691 x 28 = 2 Ton ϕc.n clt = 0.85 x 2 = 1,7 Ton Cek: N u / ϕc.n nlt = 0,81 / 1,7 = 0, OK! Dari hasil perhitungan diatas, profil ganda EA cukup OK dan aman digunakan sebagai batang tekan pada Struktur Rangka Batang Truss. IV-50

51 4.7 Perancangan Struktur Pengekang (Fly Brace) Aplikasi Batang Pengekang pada Struktur Rangka Portal Gambar 4.24 Pemodelan Struktur Pengekang di SAP2000. Untuk mereduksi gaya geser secara spontan pada struktur portal kuda-kuda maka dibutuhkan struktur pengekang yang cukup. Struktur pengekang dipasang pada ujung-ujung portal dengan kombinasi sambungan tipe Baut dan Las. IV-51

52 Data-data Penampang Profil Berat sendiri Profil (q prof ) EA = 13,30 kg/m A = 17 cm 2 I x, I y = 125 cm 4 Z x, Z y = 19,50 cm 3 H = 90 mm t = 10 mm C x, C y = 2,57 cm Metode penyambungan Bracing Penyambungan antar profil Bracing menggunakan Sambungan Las. Untuk L b 6m maka dilakukan penyambungan pada tengah bentang menggunakan Pelat Buhul tebal t = 10mm. Gambar 4.25 Ujung-ujung Profil menggunakan sistem Sambungan LAS. Pelat Buhul, t= 10mm Gambar 4.26 Pemasangan Bracing metode Back to Back. Karena pada ujung profil siku juga terdapat sambungan Las maka nilai U hendaknya dihitung berdasarkan persamaan U = 1 x / L 0.9, dimana nilai x sebesar 15mm dihitung dari sisi tepi profil ke titik centroid penampang. IV-52

53 Analisa Gaya Batang Tabel 4.4 Gaya Batang Pengekang (Flybrace). Batang Panjang Pembebanan Aksial Keterangan (m) Max (Kg) COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO Tarik COMBO-1 (Maksimum) = Kombinasi pembebanan 1,2 D L. Gaya Tarik Maksimum = 194,61 Kg = 0,195 Ton Perancangan Batang Pengekang T u = 194,61 Kg = 0,195 Ton L = 6,74 m = 6750 mm Tinjauan pada Kondisi Leleh: ϕt n = ϕa g.f y = 0.9 x (1700) x 240 = 37 Ton Tinjauan pada Kondisi Fraktur: U = 1 x / L 0.9 = 1 (15/75) = 0.80 < 0.90 OK! A e = U.A n = 0.80 x ( ) = 800 mm 2 ϕt n = ϕa e. f u = 0.75 (800) (370) = 22 Ton Jadi, Tahanan Tarik rencana Profil EA tersebut sebesar 22 Ton. IV-53

54 4.8 Perancangan Struktur Kolom dan Dudukan (Base Plate) Perancangan Kolom Struktur Gambar 4.27 Detail perancangan struktur kolom WF. Lihat pada Tabel 4.1, Analisa gaya batang pada struktur portal kuda-kuda, terlihat bahwa Gaya tekan terbesar pada Struktur Kolom (Batang 109) sebesar: N u = 6153,49 Kg = 6,15 Ton L = 5,062 m = 5100 mm Profil awal yang dipakai WF dengan data-data sebagai berikut: A g = 38,80 cm 2 f y = 2400 kg/cm 2 f u = 3700 kg/cm 2 t w = 6 mm t f = 9 mm I x = 2675 cm 4 I y = 507 cm 4 i x = 83 mm i y = 36 mm Cek kelangsingan penampang: - Flange (b/2) / t f = 8, / f y = 10,97 Penampang kompak! - Web (h/t w ) = 33, / f y = 108,44...Penampang kompak! IV-54

55 Kondisi kedua tumpuan adalah Jepit Sendi (k = 0.8) Tinjauan pada arah Sumbu Bahan (sumbu X): r x = I x / A = 2675 / 38,8 = 83,03 mm λ x = (k.l x ) / r x = (160) / 83,03 = 2,41 Tinjauan pada arah Sumbu Bebas Bahan (sumbu Y): r y = I y / A = 507 / 38,8 = 36,15 mm λ y = (k.l y ) / r y = (4080) / 36,15 = 113 λ y λ x (Batang menekuk ke arah sumbu lemah) λc y = (λ y / π) (f y /E) = (113 / 3,14) x (240 / ) = 1,26 λc y > 1.2, maka nilai ω y = 1,25 / (λc y 2 ). ω y = 1,25 / (1,26 2 ) = 0,79 N n = A g.f cr = 3880 x (f y / ω y ) = 3880 x (240 / 0,79) = 118 Ton ϕc.n n = 0.85 x 118 = 100 Ton Cek: N u / ϕc.n n = 6,15 / 100 = 0, OK! Dari hasil perhitungan diatas, profil Kolom WF cukup OK dan aman digunakan sebagai batang tekan pada Struktur Kolom. IV-55

56 4.8.2 Perancangan Pelat Landasan (Base Plate) Gambar 4.28 Model struktur perancangan Pelat Landasan. Lihat pada Tabel 4.1, Analisa gaya batang pada struktur portal kuda-kuda, terlihat bahwa Gaya tekan Aksial terbesar dan Momen ultimate pada Struktur Kolom (Batang 109) sebesar: P u = 6153,49 Kg = 6,15 Ton Pelat Landasan dirancang untuk menahan struktur kolom WF menggunakan metode optimasi Efektif Area. Kapasitas kuat tekan Beton Dimana, Nilai fcu sebesar 25 MPa = 0.6 fcu = 0.6 x 25 MPa = 18 MPa Luas area yang diperlukan (mm 2 ) = 703,59 x 10 3 / (18) = 39088,33 mm 2 IV-56

57 Gambar 4.29 Luas area Tekan pelat Landasan. Asumsi awal dimensi Pelat Landasan adalah 300 x 250. Dari gambar 4.29, didapat persamaan Hubungan antara daerah kapasitas kuat tekan beton dengan luas area Pelat, yaitu: 4c 2 + (Perimeter kolom) x c + Luas Area kolom v 4c 2 + ( ) x (50) x c ,33 v 4c c ,33 = 0 v c = [ ± 22500² ] / 8 = 20,6 Maka perhitungan Tebal Base Plate menjadi: v t p = c [3 W / P yp ] 0.5 t p = 20,6 [3 x (25) / 240] 0.5 t p = 20,6 [0,3125] 0.5 t p = 11,51 = 12 mm Dari perhitungan diatas, bahwa dimensi base plate yang dibutuhkan adalah 300 x 250 x 12mm, dimana B p = 250 mm dan D p = 300 mm serta t p = 12 mm. IV-57

58 4.8.3 Perancangan Baut Angkur (Anchor Bolt) Gambar 4.30 Desain struktur Baut Angkur. Lihat pada Tabel 4.1, Analisa gaya batang pada struktur portal kuda-kuda, terlihat bahwa Gaya tekan Aksial terbesar pada Struktur Kolom (Batang 109 dan Batang 110) sebesar: P u Material Grade 4.6/S, (f y ) = 6153,49 Kg = 6,15 Ton = 2400 Kg/cm² Asumsi awal dicoba menggunakan Angkur dia.22mm: A s = 0.25 x (22/7) x 2,2² = 3,80 cm² Tegangan Sisa = 0.9 x 2400 = 2160 Kg/cm² Tegangan Geser = 0.15 x 2160 = 324 Kg/cm² Kapasitas Geser = A s x Tegangan Geser = 3,80 x 324 = 1231,20 Kg N angkur = P u / Kapasitas Geser = 4,99 = 4 baut Jadi, jumlah Baut Angkur yang diperlukan minimal 4-M22 dengan panjang angkur, L total = = 600 mm. IV-58

59 4.8.4 Perancangan Pelat Pengaku (Stiffener Plate) Gambar 4.31 Desain struktur Pelat Pengaku. Pada kolom WF dengan panjang kurang lebih 5m akan dipasang Pelat Pengaku setebal 6mm di dua sisi dalam Web dan Flanges sehingga gaya pada Kolom dibagi menjadi 4 bagian setiap 1.25m, maka gaya yang ditahan per Pelat Pengaku adalah: P u = 103,56 / 4 = 25,89 Kg a. Periksa Luas penampang Pelat Pengaku A g = 2 x {(6 x (150-14)} = 1632 mm 2 b. Tinjauan pada Kondisi Leleh: ϕt n = ϕa g.f y = 0.9 x (816) x 240 = 35,25 Kg c. Tinjauan pada Kondisi Fraktur: ϕt n = ϕa g. f u = 0.75 x (816) x 370 = 45,29 Kg d. Periksa kekuatan Pelat Pengaku Cek = 25,89 / 35,25 = 0.73 < 1 OK! Jadi, Pelat t = 6mm aman dipasang sebagai Pelat Pengaku Kolom Struktur. IV-59

60 4.9 Perancangan Sambungan Antar Profil Baja Perancangan Sambungan Baut v Sambungan Baut antara profil Cladding ke Kolom WF. Gambar 4.32 Desain sambungan Kolom dengan Profil Cladding. Baut dirancang menggunakan tipe A-325 dengan asumsi awal diameter Baut 12mm (Proof stress 585 MPa, Kuat tarik min. 825 MPa). Sambungan baut diasumsikan sebagai sambungan tipe Tumpu dan tipe Friksi. Dicoba jumlah Baut terpasang 3 buah dalam 1 baris. Untuk mengurangi gaya Geser yang berlebih, maka Baut dihubungkan ke Profil siku tunggal yang dilas ke Flange Kolom. P u = 1646,50 Kg = 1,645 Ton T u V u = P ux = 0.8 x 1646,5 = 1317,2 Kg = 1,317 Ton = P uy = 0.6 x 1646,5 = 987,9 Kg = 0,988 Ton IV-60

61 a. Sambungan tipe Tumpu. Geser, f uv = V u / (n. A b ) = 0,988 / {(3 x (0.25 x 3.14 x 12 2 )} = 16,39 MPa 0.5ϕf b u.m = 0.5 x 0.75 x 585 x 1 = 219,34 MPa Cek: f uv 0.5ϕf b u.m.ok! Tarik, ft = f uv = 807 (1.5 x 16,39) = 782,42 MPa ϕr n = ϕft.a b = 0.75 x 782,42 x (0.25 x 3.14 x 12 2 ) = 6,63 Ton T u / n = 1,317 / 3 = 0,44 Ton Cek: T u / n ϕr n.ok! b. Sambungan tipe Friksi. V n = 1.13 x µ x Proof load x m = 1.13 x 0.35 x 1 x Proof load = 0,3955 Dimana, Proof load = (0.25 x 3.14 x 12 2 ) x 0.75 x 585 = 4,96 Ton ϕv n = 1 x 0,3955 x 4,96 = 1,96 Ton V u / n = 0,988 / 3 = 0,33Ton ϕv n = 1,96 x {1 (1,317/3) / (1.13 x 4,96)} = 1,80 Ton Cek: V u / n ϕv n.ok! Jadi, untuk Sambungan Profil Cladding ke Kolom utama WF aman menggunakan Baut 3-M12 dengan jarak antar baut minimum 2.5d = 35mm. IV-61

62 v Sambungan Baut antara profil Kolom dengan Kolom. Gambar 4.33 Desain sambungan Baut antara Kolom dengan Kolom. Baut dirancang menggunakan tipe A-325 dengan asumsi awal diameter Baut 12mm (Proof stress 585 MPa, Kuat tarik min. 825 MPa). Sambungan baut diasumsikan sebagai sambungan tipe Tumpu dan tipe Friksi. Baut dipasang pada sisi Geser dan Tumpu dengan konfigurasi jumlah total 8 baut pada sisi Flange dan Web. P u T u V u = 807,15 Kg = P ux = 0.8 x 807,15 = 645,72 Kg = 0,646 Ton = P uy = 1.6 x 807,15 = 1291,44 Kg = 1,291 Ton IV-62

63 c. Sambungan tipe Tumpu. Geser, f uv = V u / (n. A b ) = 1,291 / {(8 x (0.25 x 3.14 x 12 2 )} = 14,28 MPa 0.5ϕf b u.m = 0.5 x 0.75 x 585 x 1 = 219,34 MPa Cek: f uv 0.5ϕf b u.m.ok! Tarik, ft = f uv = 807 (1.5 x 14,28) = 785,58 MPa ϕr n = ϕft.a b = 0.75 x 785,58 x (0.25 x 3.14 x 12 2 ) = 6,63 Ton T u / n = 0,666 / 8 = 0,083 Ton Cek: T u / n ϕr n.ok! d. Sambungan tipe Friksi. V n = 1.13 x µ x Proof load x m = 1.13 x 0.35 x 1 x Proof load = 0,3955 Dimana, Proof load = (0.25 x 3.14 x 12 2 ) x 0.75 x 585 = 4,96 Ton ϕv n = 1 x 0,3955 x 4,96 = 1,96 Ton V u / n = 1,291 / 8 = 0,16Ton ϕv n = 1,96 x {1 (1,291/8) / (1.13 x 4,96)} = 1,90 Ton Cek: V u / n ϕv n.ok! Jadi, untuk Sambungan Profil Kolom ke Kolom utama WF aman menggunakan Baut 8-M12 dengan jarak antar baut minimum 2.5d = 35mm. IV-63

64 4.9.2 Perancangan Sambungan Las Gambar 4.34 Desain sambungan Las pada Portal Kuda-kuda. P u = 1646,50 Kg = 1,645 Ton Ukuran minimum Las Sudut (a) 4 mm untuk Tebal Pelat Buhul, 7 < t 10. t e = a Pada perancangan ini, Ukuran Pelat buhul t = 8mm sedangkan Ukuran minimum Las diambil 4mm dan Ukuran maksimum Las diambil 8.4mm. Perhitungan Tahanan Rencana profil siku diambil harga terkecil dari: ϕt n = 0.9 f y.a g = 0.9 x 240 x 691 ϕt n = 0.9 f u.a e = 0.9 x 370 x (0.85 x 691) = 14,93 Ton = 19,56 Ton Sambungan akan didesain terhadap Tahanan Rencana terkecil, ϕt n = 14,93 Ton. Asumsi awal pakai Ukuran las sudut 4mm! ϕr nw = ϕt e.0.6.f uw = 0.75 x x 0.6 x 490 = 623,57 N/mm Max ϕr nw = ϕt e.0.6.f uw = 0.75 x 8 x 0.6 x 370 = 1332 N/mm IV-64

65 Menentukan Ukuran Las! F 2 = ϕr nw.l w2 = 623,57 x 60 = 3,74 Ton F 1 = (T. e /d) F 2 / 2) = {14,93 x 25 / (60)} (3,74/2) = 4,35 Ton F 3 = (T F 1 ) = (14,93 4,35) = 10,58 Ton L w1 = F 1 / ϕr nw = (3,11 x 10 4 ) / 623,57 = 49,87 50mm L w3 = F 3 / ϕr nw = (10,58 x 10 4 ) / 623,57 = 169,67 170mm Cek: P u ϕt n..ok! Jadi, dengan sambungan Las tebal minimum 4mm pada Profil EA cukup aman untuk memikul beban sebesar P u = 1,645 Ton. Gambar 4.35 Metode penyambungan Las antar Profil Siku Ganda. IV-65

66 4.9.3 Perancangan Sambungan Bola Nodal Gambar 4.36 Model standar Struktur sambungan Bola Nodal. a. Data-data Material: Baja bola Nodal menggunakan spesifikasi JIS G4051/AISI-1045 dengan Tegangan leleh fy 380 MPa. Diameter bola direncanakan pada desain awal sebesar, D = 100mm dengan lubang Baut untuk d1= 12mm dan d2 = 10mm b. Desain Sambungan Bola Nodal. T u = (1.2) x 194,61 Kg = 233,53 Kg P u = (1.6) x 194,61 Kg = 311,38 Kg Sudut terkecil diantara lubang baut = 45 A bola = πd 2 = (22/7) x = 31428,57 mm {(10 / Sin 45) + 12.Cot (1.1)(12)²} + (1.8)².(12)² 100 {(14,14) + (1064,72) + (316,8) + (466,56)} 100 {1862,22} = 43,15 OK! IV-66

67 100 {(1.8 x 10) / Sin 45) + (1.8 x 12.Cot 45)² + (1.8² x 12²)} 100 {(25,46) + (1943,74) + (466,56)} 100 {2435,76} = 49,35 OK! Syarat batas Tekan: Nc = 1.4 x {(6.6 x 20 x 12) 2.2 x (20 2 x 12 2 /100) x 1/1.5)} = 1.4 x {( ,8)} = 1034,88 mm 2 Nc. fy/ A bola = 1034,88 (380 / 31428,5) = 1252,59 Kg P u = 311,38 Kg 1252,59 Kg..... OK! Syarat batas Tarik: Nt = 1.1 x {(0.6 x 20 x 10 x 3.14) x (380)} = 1.1 x 376,8 x (380) = ,4 N.mm 2 A e = U. A bola = 0.85x 31428,57 = 26714,29 mm 2 ϕnt / A e = ,4 / 26714,29 = 442,19 Kg T u = 233,53 Kg 442,19 Kg OK! Jadi, Bola Nodal dengan diameter 100mm aman digunakan untuk menahan Gaya Ultimate Tarik 233,53 Kg dan Gaya Ultimate Tekan 311,38 Kg. Gambar 4.37 Penyambungan Profil Rangka Batang dengan Bola Nodal. IV-67