BAB III METODE PERANCANGAN. Dalam dunia konstruksi, tugas dari seorang civil structure engineer adalah

Transkripsi

1 BAB III METODE PERANCANGAN 3.1 Kriteria dan Tujuan Perancangan Dalam dunia konstruksi, tugas dari seorang civil structure engineer adalah melakukan perhitungan struktur baik struktur baja maupun sipil khususnya pondasi, kita dituntut harus berhati-hati, benar dalam asumsi dan cermat dalam melakukannya. Desain yang dihasilkan harus mampu memenuhi kriteria-kriteria desain yaitu antara lain: - Kuat, artinya masing-masing komponen material harus kuat untuk menahan beban yang dipikulnya, baik akibat beban berat sendirinya dan beban-beban yang bekerja dari luar. - Kaku, artinya material yang digunakan cukup mampu untuk menahan lendutan atau deformasi yang telah disyaratkan batasannya. - Stabil, artinya bahwa material cukup mampu untuk menahan tekuk atau puntiran akibat beban yang bekerja. Dalam melakukan perancangan, perlu kita ketahui untuk apakah tujuan perancangan tersebut dilakukan. Adapun tujuannya antara lain: - Untuk membuat engineer mendapatkan desain yang aman, layak dan ekonomis. - Penyediaan catatan sebagai kemungkinan referensi di masa yang akan datang. - Pemenuhan persyaratan sesuai spesifikasi dan code/international standards terhadap desain yang dikerjakan. III-1

2 - Memfasilitasi penentuan akibat yang akan terjadi jika dilakukan modifikasi terhadap struktur dimasa yang datang. - Memenuhi dan mewujudkan keinginan atau harapan dari pihak owner/klien untuk memiliki bangunan yang sesuai dengan cita-citanya berdasarkan datadata yang diberikan kepada engineer. 3.2 Kriteria Desain Batang Tarik dan Batang Tekan Kriteria Batang Tarik Batang yang didesain hanya menerima gaya tarik (tension) harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: - N u φ N n Dimana: N u = gaya aksial terfaktor φ = factor reduksi kekuatan N n = kuat tarik rencana Nilai N n yang besarnya diambil dari nilai terendah dari dua perhitungan menggunakan harga-harga φ dan N n di bawah ini: φ = 0,9 dan N n = A g. f y atau φ = 0,75 dan N n = A e. f u Keterangan: A g = luas penampang bruto, mm 2 f y = tegangan leleh, MPa A e = luas penampang efektif, mm 2 f u = tegangan taruk putus, MPa III-2

3 - Kelangsingan penampang; λ > 240 untuk semua komponen struktur utama (untuk profil struktur tarik dari dua buah profil yang saling membelakangi) Kriteria Batang Tekan Batang yang didesain hanya menerima gaya tekan (compression) harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: - N u φ n. N n Dimana: N u = gaya aksial terfaktor φ n = faktor reduksi kekuatan N n = kuat tarik rencana - Perbandingan kelangsingan Kelansingan elemen penampang (Tabel 7.5-1, SNI Baja) < λ r dan; Kelangsingan struktur penampang tekan yaitu λ > 200. Untuk struktur utama yang menggunakan sistem truss, maka lendutan yang terjadi sangatlah kecil sekali, namun yang perlu diperhatikan adalah kekakuan/kestabilan penampang dari batang tekan dan batang tarik yang digunakan. Untuk sisi flens adalah w/t flens 30, dimana w adalah b 2*radius untuk elemen tekan yang tidak dikekang/diperkuat dan untuk web adalah h/t web 200 (tidak ada pengaku di web) atau h/t web 300 (pengaku di tengah: intermediate stiffener) (Sumber: Wei Wen Yu). III-3

4 3.3 Tahapan Perancangan Dalam perancangan struktur rangka warehouse ini, saya akan membagi 2 tahapan agar lebih memudahkan dalam pengontrolan dan pengecekannya terhadap hasil desain, yaitu : Tahap-1: Perencanaan Gording Perhitungan groding baik untuk atap (purlin) maupun dinding (girt) dilakukan dengan perhitungan manual. Data-data Purlin yang dibutuhkan Perhitungan beban-beban yang bekerja Mencari momen terbesar dari kombinasi pembebanan Menghitung momen-momen pada purlin Cek momen kapasitas dan juga momen puntir Menghitung lendutan akibat beban yang bekerja Desain Selesai (OK) Cek lendutan yang terjadi sesuai kombinasi pembebanan Jika belum OK Gambar 3.1 Bagan Alir Perancangan Gording III-4

5 3.3.2 Tahap-2: Perencanaan Struktur Utama a. Data-Data Bangunan Informasi awal tentang data-data yang dibutuhkan dalam perancangan sangat penting karena akan menentukan pada tahapan selanjutnya. Pada tahap ini, data yang diperoleh harus dapat dipastikan kebenarannya, misalnya informasi geomatri bangunan seperti panjang bangunan, lebar bangunan, tinggi bangunan, jarak antar kolom, sudut atau derajat kemiringan atap dan kondisi bangunan terbuka atau tertutup. b. Unit/Satuan Pada umumnya, satuan yang digunakan dalam perhitungan memakai SI satuan metrik. Kecuali jika perhitungan dibuat sesuai code atau memakai program komputer, yang belum disesuaikan dengan metrik, maka pemakaian satuan konvesional boleh dilakukan. Pada ujungnya, untuk lebih memudahkan padanan dengan satuan yang dipakai oleh disiplin lain, sebaiknya hasil perhitungan dikonversikan ke metrik. c. Simbol Simbol yang dipergunakan dalam desain struktur baja seharusnya memiliki konotasi yang sama terhadap AISC Manual of Steel Construction. Simbolsimbol lainnya sebaiknya disamakan dengan Code/International Standards yang berlaku dan dipakai sebagai referensi. Konotasi/pengertian simbol yang dipergunakan dalam perhitungan, secara umum harus dituliskan pada awal III-5

6 perhitungan. Gunanya untuk memudahkan pembaca/pemeriksa sewaktu mengkaji dokumen perhitungan tersebut Proses Perancangan Berikut ini adalah gambar bagan alir (flow chart) proses perancangan struktur utama warehouse : Pengambilan/Perolehan Data Mulai Desain Modeling Geometri Struktur Input Material Properties (Memasukan Jenis Profil) Input Loading (Memasukan beban-beban) Input Support Joint (Memasukan Jenis Tumpuan) Setting Parameter (FYLD, KZ, LY, UNT, UNB) Run Analysis (Analisa Perhitungan) Desain Selesai (OK) Cek Persayaratan Desain (Lendutan & Tegangan) Jika belum OK Gambar 3.2. Bagan Alir Perancangan Struktur Utama Warehouse III-6

7 Tabel 3.1 Deskripsi Setting Parameter Main Structure (Sumber: Technical Reference StaadPro) Parameter Nilai (Default) Keterangan FYLD 36.0 KSI Tegangan leleh baja KZ 1.0 LY Panjang batang Nilai K di sumbu lokal Z (arah sumbu kuat profil) Panjang batang untuk menghitung rasio kelangsingan tekuk arah sumbu lokal Y UNT UNB Panjang batang Panjang batang Panjang batang tak terdukung (L h ) flense atas* untuk menghitung kuat lentur. Hanya digunakan jika tekan lentur ada di flens atas. Panjang batang tak terdukung (L h ) flense bawah* untuk menghitung kuat lentur. Hanya digunakan jika tekan lentur ada di flens bawah. Keterangan: *Atas dan bawah menunjukkan sisi positif dan negatif dari aksis lokal Y (lokal aksis Z jika SET Z UP digunakan) Adapun proses perancangan yang akan dilakukan dengan menggunakan alat bantu hitung atau software StaadPro adalah sebagai berikut: 1. Modeling geometri bangunan Pada step ini bentuk bangunan dibuat modelnya, tinggi kolom/bangunan, balok kerangka kuda-kuda/sistem truss, balok pengaku arah horizontal, dan ikatan angin (wind bracing). Pada umumnya dibuat satu grid line (frame section) dulu. Kemudian setelah itu, dikopi memanjang sepanjang bangunan dengan jarak antar kolom (bay spacing) yang sama. III-7

8 2. Input material properties Setelah semua geometri selesai dan menjadi sebuah bentuk bangunan, selanjutnya memmasukkan material properties ke dalam setiap member/batang di model geometri bangunan tersebut. Desain warehouse ini hanya menggunakan 2 jenis profil material yaitu lipped channel dan round bar untuk ikatang angin (wind bracing). 3. Input loading (pembebanan) Beban-beban dimasukkan ke dalam member terutama rafter dan kolom berupa beban mati, beban hidup, beban angin. Termasuk juga kondisi kombinasi pembebanannya. 4. Setting parameter Parameter desain dimasukkan sesuai dengan keperluannya seperti FYLD (Fyield), Kz (rasio efektif panjang kolom), faktor Lz dan Ly (panjang bebas/tak terkekang dalam local z dan axis y), balok UNT dan UNB (panjang bebas / unbraced length) menghitung kuat ijin tekan balok, check code, steel take off. 5. Run analysis (analisa perhitungan) Kalkulasi otomatis oleh software akan berjalan dengan sendirinya, kemudian akan keluar warning jika ada input data yang salah, maka harus harus dicek kembali. III-8

9 6. Cek tegangan dan lendutan Setelah run analysis selesai, tegangan dan lendutan dapat dicek, jika sudah sesuai dengan persyaratan maka desain dianggap selesai. Namun jika belum OK, maka akan kembali mengulangi ke langkah Desain selesai Desain dianggap selesai bila semua tahapan/proses sudah dilakukan dengan benar serta memenuhi persyaratan-persyaratan desain. 3.4 Lendutan, Rasio Kelangsingan dan Rasio Tegangan Batas-Batas Lendutan Berdasarkan buku AISC DESIGN GUIDE 3, 2ND EDITION / SERVICEABILITY DESIGN CONSIDERATIONS FOR STEEL BUILDINGS, batas-batas lendutan yaitu: Deflection Item Value Load Conditions Vertical Purlin L / 150 D + L Girt L / 150 D Rafter L / 240 D + L (short term live load) Horizontal Girt L / 150 DL+WL Column H / 100 DL+WL Table 3.2 Batas Lendutan Yang Diijinkan III-9

10 3.4.2 Rasio Kelangsingan Untuk bangunan yang didesain dalam kondisi ditekan, rasio kelangsingan KL / r tidak boleh melebihi 200 (ANSI or AISC ). Untuk pengecekan manual bisa menggunakan rumus Euler (terutama untuk member kolom) Rasio Tegangan Rasio tegangan (stress ratio) adalah rasio perbandingan tegangan kritis berbanding dengan tegangan yang terjadi, dengan harga harus dibawah 1 (Technical Reference STAADPro). 3.5 Output Data Hasil Perancangan Data-data keluaran program StaadPro, dapat kita jadikan sebagai informasi hasil perancangan. Data tersebut yang nantinya akan menjadi dasar perhitungan sambungan mulai dari base plate dan angkur (anchor bolt), kolom ke rafter (column to rafter connection, rafter to rafter, dan apex connection. Untuk perhitungan sambungan (connection) dengan menggunakan bantuan software Prokon dan juga perhitungan secara manual. 3.6 Gambar Hasil Perancangan Gambar dari hasil perancangan adalah bahasa teknik yang digunakan untuk menyampaikan informasi dari engineer kepada orang lain yang membutuhkannya. Gambar engineering dibuat untuk mendsikripsikan hasil rancangan ke dalam bentuk garis sehingga apa yang menjadi maksud dari tujuan rancangan bisa tercapai. III-10