PERENCANAAN RANGKA ATAP BAJA RINGAN BERDASARKAN AUSTRALIAN/NEW ZEALAND STANDARD ( AS/NZS 4600:1996 ) TUGAS AKHIR RAHMAT AMAN SANTOSO

Transkripsi

1 PERENCANAAN RANGKA ATAP BAJA RINGAN BERDASARKAN AUSTRALIAN/NEW ZEALAND STANDARD ( AS/NZS 4600:1996 ) TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh ujian sarjana teknik sipil Disusun oleh : RAHMAT AMAN SANTOSO BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2011

2 ABSTRAK Produksi baja canai dingin di Indonesia semakin meningkat, umumnya ditujukan pada konstruksi rangka atap baja ringan yang digunakan sebagai material alternatif selain kayu dan baja konvensional. Hal itu dikarenakan rangka atap jenis ini dianggap lebih ekonomis dan cepat dari segi perakitan. Meskipun demikian akibat ketiadaan peraturan tentang baja canai dingin maka banyak pelaksana di lapangan tidak terbiasa dengan proses perencanaan dan pelaksanaannya. Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas proses perencanaan struktur rangka atap baja ringan (berupa struktur rangka kuda-kuda) berdasarkan Australian/ New Zealand Standard (AS/NZS 4600:1996), yang terdiri dari perencanaan pembebanan, analisis struktur, perencanaan batang tarik dan batang tekan dan perencanaan sambungan dengan sekrup kemudian dibandingkan dengan proses perencanaan struktur rangka atap baja konvensional berdasarkan SNI Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung. Pada aplikasi perhitungan dapat dilihat perbandingan berat struktur rangka atap baja ringan dengan rangka atap baja konvensional, dimana struktur rangka atap baja ringan dari segi berat lebih ekonomis 36,87 % dibanding rangka atap baja konvensional pada luas bentang 18 m x 38 m.

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis sampaikan kehadirat ALLAH SWT atas karunia- Nya memberikan pengetahuan, kekuatan, dan kesempatan kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi tugas tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh ujian sarjana pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah Perencanaan Rangka Atap Baja Ringan Berdasarkan Australian/New Zealand Standard (AS/NZS 4600:1996). Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Bantuan berupa dukungan moril, material, spiritual, maupun administrasi. Oleh karena itu, sudah layaknya penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, Ketua Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, sekaligus Dosen Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan bimbingan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik. 3. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, Bapak Ir. Robert Panjaitan dan Bapak Ir. Torang Sitorus, MT, selaku dosen pembanding yang telah memberikan masukan dan arahan. 4. Bapak dan Ibu Dosen/Staf pengajar yang telah memberikan ilmu yang bermanfaat selama penulis berkuliah di Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara. 5. Pegawai Adminitrasi Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara.

4 6. Kedua orang tua penulis yang tak pernah lelah berdoa, memberikan segala yang terbaik dan kasih sayang yang tak berkesudahan, serta seluruh saudarasaudara penulis semuanya. 7. Teman-teman seperjuangan, sahabat-sahabat, serta adik-adik seperkuliahan yang telah banyak memberikan dorongan serta bantuan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 8. Serta pihak pihak lain yang turut berperan serta dalam penyelesaian Tugas Akhir ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu namanya. Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan, pengalaman, dan referensi yang penulis miliki. Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran demi perbaikan pada masa mendatang. Akhir kata, semoga Allah memberikan manfaat dan melimpahkan berkah atas Tugas Akhir ini sehingga dapat berarti bagi ilmu pengetahuan dan teknologi, khususnya pada bidang Tekni Sipil. Medan, Maret 2011 Rahmat Aman Santoso NIM :

5 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR NOTASI... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Umum Latar Belakang Maksud dan Tujuan Pembatasan Masalah Metode Pembahasan... 9 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Umum Desain Struktur Peraturan Baja di Berbagai Negara Perbandingan Material Rangka Atap Fenomena Khas Konstruksi Baja Canai Dingin Baja Struktural Cold Formed Baja yang Dapat Dipakai Peningkatan Kekuatan Baja, Pengaruh dari Cold-Forming Daktilitas Desain Tegangan Pembebanan Beban Mati... 37

6 2.2.2 Beban Hidup Beban Angin Beban Gempa Kombinasi Pembebanan Elemen Struktur Cold Formed Steel Batang Tarik Batang Tekan Luas Efektif (Ae) Elemen Tekan Lokasi Pengurangan Lebar Tampang Batas Dimensional Lebar Efektif Elemen Tekan Berpengaku Lebar Efektif Untuk Elemen Tekan Dengan Pengaku Tepi Sambungan Sekrup Umum Sambungan Sekrup Untuk Menahan Geser Sambungan Sekrup Untuk Menahan Tarik Kekuatan Tarik Elemen Pada bagian Sambungan BAB III ANALISA STRUKTUR 3.1 Pemodelan Struktur Rangka Atap Material Pembebanan Dalam Pemodelan SAP Beban Mati Beban Hidup Beban Angin Beban Hujan Gaya Dalam Maksimum... 89

7 BAB IV PERENCANAAN STRUKTUR RANGKA ATAP 4.1 Pendahuluan Perencanaan Batang Tarik Batang Tarik Bawah Batang Tarik Web Perencanaan Batang Tekan Batang Tekan Atas Batang Tekan Web Batang Tekan Web Horizontal Desain Sambungan Rangka Atap Sambungan pada Joint Sambungan pada joint Sambungan pada joint BAB V PERENCANAAN STRUKTUR RANGKA ATAP DENGAN BAJA KONVENSIONAL 5.1 Pemodelan Struktur Rangka Atap Material Perencanaan Gording Analisa Struktur dengan SAP Beban Mati Beban Hidup Beban Angin Beban Hujan Gaya Dalam Maksimum Perencanaan Struktur Rangka Atap Batang Tarik Batang Tekan Perencanaan Sambungan

8 5.7.1 Batang Tarik Batang Tekan Perhitungan Berat Rangka Atap BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 : Profil baja konvensional dan profil baja ringan... 2 Gambar 1.1 : Model rencana kuda-kuda... 8 Gambar 2.1 : Tekuk Lokal pada Penampang Langsing Gambar 2.2 : Konsep Lebar Efektif Penampang Cold-formed Gambar 2.3 : Properti Baja Akibat Proses Dingin Gambar 2.4 : Pengaruh cold-work terhadap spesifikasi mekanis penampang baja cold formed Gambar 2.5 : Pengaruh strain-hardening dan strain-ageing terhadap spesifikasi mekanis tegangan-regangan Gambar 2.6 : Kurva tegangan-regangan baja Gambar 2.7 : Single-symetric (monosymmetric) sections dan Doublysymetric sections Gambar 2.8 : Point-symetric sections Gambar 2.9 : Non-symetric (asymmetric) sections Gambar 2.10 : Elemen berpengaku dengan gaya tekan seragam Gambar 2.11 : Elemen dan web berpengaku dengan gaya tekan tidak seragam Gambar 2.12 : Elemen tidak berpengaku dengan gaya tekan seragam Gambar 2.13 : Elemen tidak berpengaku dengan tegangan tidak seragam Gambar 2.14 : Elemen dengan pengaku tepi Lip biasa Gambar 2.15 : Self-drilling screw Gambar 2.16 : Pembatasan jarak sekrup Gambar 3.1 : Model portal 2D Gambar 3.2 : Profil C Gambar 3.3 : Profil B atau Hat Gambar 3.4 : Arah pembebanan pada kuda-kuda... 76

10 Gambar 3.5 : Distribusi Beban mati (D) Gambar 3.6 : Distribusi Beban hidup (L) Gambar 3.7 : Distribusi Beban angin kiri (Wkiri) Gambar 3.8 : Distribusi Beban angin kanan (Wkanan) Gambar 3.9 : Distribusi Beban hujan (H) Gambar 4.1 : Model Kuda-Kuda Baja Ringan Gambar 4.2 : Luas Efektif (Ae) profil C Gambar 4.3 : Joint dan batang Rangka Atap Gambar 4.4 : Sambungan pada Joint Gambar 4.5 : Detail pemasangan sekrup joint Gambar 4.6 : Sambungan pada joint Gambar 4.7 : Detail pemasangan sekrup pada joint Gambar 4.8 : Sambungan pada joint Gambar 4.9 : Detail pemasangan sekrup pada joint Gambar 5.1 : Model Kuda-Kuda Baja Konvensional Gambar 5.2 : Pembebanan pada Gording Gambar 5.3 : Distribusi Beban mati (D) Gambar 5.4 : Distribusi Beban hidup (L) Gambar 5.5 : Distribusi Beban angin kiri (Wkiri) Gambar 5.6 : Distribusi Beban angin kanan (Wkanan) Gambar 5.7 : Distribusi Beban hujan (H)

11 DAFTAR TABEL Tabel 1.1 : Perbandingan konfigurasi material baja konvensional dengan baja ringan... 4 Tabel 2.1 : Standar Perencanaan Baja di berbagai Negara Tabel 2.2 : Kekuatan Mnimum Baja Ringan Berdasarkan AS 1163, AS 1397, AS 1594, AS 1595 dan AS/NZS Tabel 2.3 : Nilai faktor koreksi kt Tabel 2.4 : Menentukan koefisien tekuk pelat (k) Tabel 2.5 : Diameter Nominal Sekrup Tabel 2.6 : Kuat tarik aksial minimum untuk sekrup self-drilling Tabel 3.1 : Rekapitulasi Beban Mati Tabel 3.2 : Gaya dalam maksimum Tabel 4.1 : Rekapitulasi Perencanaan Rangka Batang Tabel 4.2 : Desain Sambungan Tabel 5.1 : Kombinasi Gaya Dalam pada Gording Tabel 5.2 : Rekapitulasi Beban Mati Tabel 5.3 : Gaya Dalam Maksimum pada Rangka Batang Tabel 5.4 : Rekapitulasi Perencanaan Rangka Batang Tabel 5.5 : Berat struktur rangka atap baja ringan (cold formed steel) Tabel 5.6 : Berat struktur rangka atap baja konvensional (hot rolled steel) Tabel 5.6 : Perbandingan Berat Struktur Rangka Atap

12 DAFTAR NOTASI b b2 lebar dari elemen tidak termasuk bagian melingkar lebar elemen yang memiliki pengaku pada bagian tengah, tidak termasuk bagian melingkar be c d db df ds dsc fn foc lebar efektif suatu bagian penampang koefisien pengali untuk lebar efektif penampang dimensi pengaku diameter baut diameter sekrup reduksi lebar efektif dari pengaku lebar efektif dari pengaku f kritis nilai dari tegangan yang nilainya bervariasi sesuai dengan proses yang diterima oleh bagian struktur yang ditinjau fy fya tegangan leleh penampang rata-rata tegangan leleh desain dari baja berpenampang utuh dari elemen tekan fyc fyf fyv rata-rata tegangan leleh tarik dari penampang tertekuk rata-rata tegangan leleh tarik lembaran tegangan leleh tarik dari penampang yang belum dibentuk secara cold form fu fuv fu1 tegangan fraktur penampang kuat tarik dari penampang yang belum dibentuk secara cold form kekuatan tarik ultimate dari penampang yang menempel dengan bagian kepala sekrup fu2 kekuatan tarik ultimate dari penampang yang tidak menempel dengan bagian kepala sekrup

13 f* tegangan desain dari elemen tekan berdasarkan lebar efektif, diambil sama dengan nilai fy kt l le m faktor koreksi akibat distribusi dari gaya yang bekerja panjang tak terkekang bentang efektif dari bagian struktur yang ditinjau konstanta yang bernilai r rf rasio tahanan - beban kombinasi aksial dan momen rasio dari gaya yang disalurkan oleh sekrup pada luasan penampang yang ditinjau dibagi dengan kekuatan tarik yang ada pada luasan penampang tersebut. ri sf t t1 t2 radius girasi penampang jarak antar baut tegak lurus dengan garis gaya ketebalan penampang ketebalan dari penampang yang menempel dengan bagian kepala sekrup ketebalan dari penampang yang tidak menempel dengan bagian kepala sekrup x0 y0 A Ae Ag An As Asc BBc pusat geser arah x pusat geser arah y luas area dari penampang luas efektif dalam keadaan leleh luas kotor dari penampang luas bersih dari penampang luas area reduksi pengaku luas area efektif dari pengaku konstanta yang bernilai Cr rasio luas area tertekuk terhadap luas penampang total

14 Cb Cm D koefisien amplifikasi momen koefisien momen beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap E Et F Fpr G H E modulus young tangen modulus rasio dari rata-rata terhadap spesifikasi penampang proportional limit modulus geser beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan oleh genangan air beban gempa, yang ditentukan menurut SNI , atau penggantinya Ia second moment yang dibutuhkan di daerah pengaku, sehingga setiap komponen elemen bertindak sebagai elemen pengaku Ib Is second moment dari daerah dengan luas penampang tak tereduksi second moment dari daerah dengan pengaku utuh di sekitar sumbu sentroid parallel terhadap elemen yang harus diperkaku Iw J K L nilai kelengkungan untuk luas penampang nilai torsi untuk luas penampang koefisien tekuk beban hidup yang ditumbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-lain La beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda bergerak M Nc rasio dari rata-rata terhadap spesifikasi nominal material kapasitas nominal member tekan

15 Ns Nt* kapasitas nominal penampang tekan kekuatan tarik desain N* kuat ultimit aksial desain Nt V Vb W X Zc Zf α αnx β βo δ ε γl ρ λ σ Ф Фb Фc Фt kekuatan nominal tarik koefisien variasi kekuatan geser dari penampang dimana terdapat sistem sambungan beban angin tinggi penampang modulus penampang efektif modulus penampang efektif tak tereduksi sudut kemiringan atap faktor amplifikasi momen reliability index reliability target deformasi regangan koefisien pengali kombinasi beban hidup faktor lebar efektif angka kelangsingan tegangan faktor kapasitas faktor reduksi untuk kekuatan lentur faktor reduksi untuk kekuatan tekan faktor reduksi untuk kekuatan tarik