Penugasan ini akan membahas tentang desain struktural dari Toll Gate Koja yang memiliki dimensi sebagai berikut:

Transkripsi

1 Penugasan ini akan membahas tentang desain struktural dari Toll Gate Koja yang memiliki dimensi sebagai berikut: Ukuran: 16,2 m x 12,7 m Tinggi: 9,5 m Adapun toll gate ini didesain dengan menggunakan material baja yang disusun membentuk truss yang menumpu pada girder IWF dan kolom profil H pada kedua ujungnya. Spesifikasi dari material dan penampang baja yang digunakan disajikan pada gambar di bawah ini. Gambar 1 Properties material baja Gambar 2 Profil baja H 350x350x9x14 1

2 Gambar 3 Profil IWF 600x200x11x17 Gambar 4 Profil IWF 500x200x10x16 Gambar 5 Profil Double Angle 60x60x5 2

3 Gambar 6 Profil CNP 150x50x20x2,3 Gambar 7 Profil CNP 100x50x20x2,3 Beban yang diberikan pada pemodelan dengan menggunakan program SAP 2000 meliputi: 1. Beban mati (dead Load) Beban mati merupakan beban yang berasal dari berat material struktur yang akan dihitung secara otomatis oleh program SAP Adapun berat jenis baja yang digunakan pada konstruksi ini adalah 7850 kg/m Beban superimposed (superimposed dead load) Beban superimposed diaplikasikan pada model struktur berdasarkan metode tributary area, yaitu untuk purlin sebesar 6,76 kg/m 2, roof sheeting sebesar 7 kg/m 2, dan ME (Mechanical & Electrical) sebesar 20 kg/m 2. 3

4 3. Beban hidup (live load) Beban hidup yang diaplikasikan meliputi beban hujan sebesar 20 kg/m 2 dan beban pekerja beserta alat sebesar 100 kg/m Beban gempa (seismic load) Beban gempa yang diaplikasikan pada model struktur didasarkan pada kategori risiko struktur yang bernilai 2 dan faktor keutamaan gempa yang bernilai 1. Analisis dengan respon spektra digunakan untuk menentukan besar percepatan gempa yang akan diberikan pada model struktur. Berdasarkan data lokasi pembangunan struktur dan peta gempa Indonesia, maka ditentukan beberapa parameter pembentuk respon spektra yang disajikan pada tabel di bawah ini. Jenis Pemanfaatan Wilayah Gempa Kategori Risiko Tabel 1 Parameter desain respon spektra Parameter Desain Respon Spektra TOLL GATE (BANGUNAN INDUSTRI) JAKARTA 2 Kelas Situs SD Tanah Sedang Faktor Keutamaan Gempa (I e ) 1 S s g 0, S g 0,4675 Koefisien Situs (F a ) SD 1,251 Koefisien Situs (F v ) SD 1,8 S MS 0,909 S M1 0,8415 S DS 0,606 S D1 0,561 T 0 0, T s 0, Gambar 8 Respon Spektra 4

5 Tabel 2 Hasil perhitungan pembebanan struktur 5

6 Gambar 9 Pembebanan SDL Gambar 10 Pembebanan Live Load 6

7 Gambar 11 Pembebanan Wind Load Gambar 12 Pemodelan 3D struktur 7

8 Kombinasi pembebanan untuk analisis dan desain struktur baja adalah sebagai berikut: a. 1.0 (DL + SDL) b. 1.0 (DL + SDL) LL (Lr or H) c. 1.0 (DL + SDL) ± 1.0 WL d. 1.0 (DL + SDL) + 0,75 LL + 0,75 (Lr or H) ± 1 Ex ± 0,3 Ey e. 1.0 (DL + SDL) + 0,75 LL + 0,75 (Lr or H) ± 1 Ey ± 0,3 Ex Berdasarkan analisis struktur dengan menggunakan bantuan program SAP 2000, diperoleh gaya dalam dan deformasi elemen-elemen pada struktur sebagai berikut: Gambar 13 Output M-33 dari kombinasi beban maksimum 8

9 Gambar 14 Output M-22 dari kombinasi beban maksimum Gambar 15 Output V-22 dari kombinasi beban maksimum 9

10 Gambar 16 Output gaya aksial dari kombinasi beban maksimum Gambar 17 Output reaksi perletakan 10

11 Gambar 18 Reaksi perletakan maksimum Gambar 19 Deformasi akibat Dead Load 11

12 Gambar 20 Deformasi akibat SDL Gambar 21 Deformasi akibat Live Load 12

13 Gambar 22 Deformasi akibat Wind Load Langkah berikutnya adalah menentukan gaya dalam maksimum yang terjadi untuk elemen-elemen struktur. Gambar di bawah ini menampilkan gaya dalam maksimum yang terjadi pada elemen-elemen model ini. Gambar 23 Output M-33 dan V-22 maksimum kolom H 350x350x9x14 13

14 Gambar 24 Output M-22 dan V-33 maksimum kolom H-350x350x9x14 Gambar 25 Output gaya aksial maksimum kolom H-350x350x9x14 14

15 Gambar 26 Output M-33 dan V-22 maksimum balok H-350x350x9x14 Gambar 27 Output M-33 dan V-22 maksimum balok IWF-600x200x11x17 15

16 Gambar 28 Output M-33 dan V-22 maksimum balok IWF-500x200x10x16 Gambar 29 Output M-33 dan V-22 maksimum Double L-60x60x5 16

17 Gambar 30 Output tegangan maksimum pada IWF-600x200x11x17 Gaya dalam maksimum yang diterima oleh masing-masing elemen struktur diperbandingkan dengan kapasitas profil baja dalam menahan tekan, lentur, kombinasi tekan lentur, dan geser. Berikut ini adalah hasil perhitungan kapasitas profil baja dan sambungan. Column H-350x350x9x14 Leg length bf 350 Inertia momen Ix ,7 Flange thickness tf 14 Iy ,2 Web height h 350 Elastic Section Modulus Sx ,59 Web thickness tw 9 Sy ,45 r 20 Plastic section modulus Zx yield stress fy 240 Zy ,5 fr 70 Resistance factor for flexure фb 0,9 Elastic modulus E Area As Shear modulus G Moment Ultimate Mux ,1 Muy ,29 1/4 point Max ,83 midpoint Mbx ,24 17

18 3/4 point Mcx ,2 Axial Pu ,74 Shear Vu 7851,7 1 Compression member of steel section unbrace length Lbx 8246 Lby 8246 Effective length factor Kx 0,65 Ky 0,65 Radius of gyration ry 88, rx 154, Ky.Lby/ry 60, Kx.Lbx/rx 34, Critical elastic buckliing stress fe 541, fy/fe 0, Critical stress fcr 202, Nominal Compression Pn ,271 ф Pn ,644 2 Flexural member of steel section Capacity moment at major axis x-x Modification factor for non-uniform bending moment Cbx 1, Check whether steel section compact or noncompact λf 12,5 flang section λpf 10, λrf 28, flange checking Noncompact λw 31, Web section λpw 108, λrw 164, web checking Compact Check condition of lateral-torsional buckling of beams center gravity of flange ho 336 Torsional section properties Js ,3333 Torsional wraping constant Cw 2,82413E+12 Radius gyration ry 88, rts 98, Coefficient cl 1 18

19 Check lateral torsional Lr 13581,847 Lp 4510, Lbx 8246 Inelastic Nominal moment strength Mpx Mrx ,3 Y ,2 y 0, Mnx ,9 ф Mnx Capacity moment at minor axis y-y Mny ф Mny Shear Strength Distance between transversal stiffener a 8246 Z 0, kv 5 X 6, U ,261 u 88, Vn ф Vn ,8 Summary ф Mnx /Mux 28,63886 ф Mny /Muy 132,548 ф Pn /Pu 15,87214 ф Vn /Vu 41, Axial and momen combination x 0, Axial moment 0, Check OK 19

20 Beam H-350x350x9x14 Leg length bf 350 Inertia momen Ix ,7 Flange thickness tf 14 Iy ,2 Web height h 350 Elastic Section Modulus Sx ,59 Web thickness tw 9 Sy ,45 r 20 Plastic section modulus Zx yield stress fy 240 Zy ,5 fr 70 Resistance factor for фb 0,9 flexure Elastic modulus E Area As Shear modulus G Moment Ultimate Mux ,75 Muy 2377,29 1/4 point Max ,86 midpoint Mbx ,93 3/4 point Mcx ,36 Axial Pu 2953,85 Shear Vu 4518,47 1 Compression member of steel section unbrace length Lbx 5137,68 Lby 5137,68 Effective length factor Kx 1 Ky 1 Radius of gyration ry 88, rx 154, Ky.Lby/ry 57, Kx.Lbx/rx 33, Critical elastic buckliing stress fe 589, fy/fe 0, Critical stress fcr 205, Nominal Compression Pn ,878 ф Pn ,99 20

21 2 Flexural member of steel section Capacity moment at major axis x-x Modification factor for non-uniform bending moment Cbx 2, Check whether steel section compact or non-compact λf 12,5 flang section λpf 10, λrf 28, flange checking Noncompact λw 31, Web section λpw 108, λrw 164, web checking Compact Check condition of lateral-torsional buckling of beams center gravity of flange ho 336 Torsional section properties Js ,3333 Torsional wraping constant Cw 2,82413E+12 Radius gyration ry 88, rts 98, Coefficient cl 1 Lr 13581,847 Lp 4510, Lbx 5137,68 Check lateral torsional Inelastic Nominal moment strength Mpx Mrx ,3 Y ,5 y 0, Mnx ,8 ф Mnx Shear Strength Distance between transversal stiffener a 5137,68 Z 0, kv 5 X 6, U ,261 u 88,

22 Vn ф Vn ,8 Summary ф Mnx /Mux 59,16735 ф Pn /Pu 795,9429 ф Vn /Vu 72,79561 IWF 600X200X11X17 Flange width bf 200 Inertia momen Ix Flange thickness tf 17 Iy ,5 Web height h 600 Elastic Section Modulus Sx ,46 Web thickness tw 11 Sy ,46 r 22 Plastic section modulus Zx yield stress fy 240 Zy ,5 fr 70 Resistance factor for flexure фb 0,9 Elastic modulus E Area As Shear modulus G Moment Ultimate Mux ,5 Muy ,22 1/4 point Max ,8 midpoint Mbx ,8 3/4 point Mcx ,4 Axial Pu 11109,09 Shear Vu 91194,9 1 Compression member of steel section unbrace length Lbx 2610 Lby 2610 Effective length factor Kx 1 Ky 1 Radius of gyration ry 41, rx 239, Ky.Lby/ry 62, Kx.Lbx/rx 10, Critical elastic buckliing stress fe 505, fy/fe 0,

23 Critical stress fcr 200, Nominal Compression Pn ,751 ф Pn ,076 2 Flexural member of steel section Capacity moment at major axis x-x Modification factor for non-uniform bending moment Cbx 1, Check whether steel section compact or noncompact flang section λf 5, λpf 10, λrf 28, flange checking Compact Web section λw 47, λpw 108, λrw 164, web checking Compact Check condition of lateral-torsional buckling of beams center gravity of flange ho 583 Torsional section properties Js ,6667 Torsional wraping constant Cw 1,93137E+12 Radius gyration ry 41, rts 51, Coefficient cl 1 Lr 6181,80868 Lp 2122, Lbx 2610 Check lateral torsional Inelastic Nominal moment strength Mpx Mrx ,2 Y ,1 y 0, Mnx ,5 ф Mnx ,9 Capacity moment at minor axis y-y Mny ф Mny

24 Shear Strength Distance between transversal stiffener a 2610 Z 0,2 kv 5 X 2, U ,644 u 88, Vn ф Vn ,2 Summary ф Mnx /Mux 2, ф Mny /Muy 45,36724 ф Pn /Pu 211,6386 ф Vn /Vu 8, IWF 500x200x10x16 Flange width bf 200 Inertia momen Ix Flange thickness tf 16 Iy ,33 Web height h 500 Elastic Section Modulus Sx ,97 Web thickness tw 10 Sy ,33 r 20 Plastic section modulus Zx yield stress fy 240 Zy fr 70 Resistance factor for flexure фb 0,9 Elastic modulus E Area As Shear modulus G Moment Ultimate Mux Muy /4 point Max ,3 midpoint Mbx ,4 3/4 point Mcx ,4 Axial Pu 45568,88 Shear Vu 27793,48 1 Compression member of steel section unbrace length Lbx 2000 Lby 2000 Effective length factor Kx 1 24

25 Ky 1 Radius of gyration ry 43, rx 203, Ky.Lby/ry 45, Kx.Lbx/rx 9, Critical elastic buckliing stress fe 951, fy/fe 0, Critical stress fcr 218, Nominal Compression Pn ,129 ф Pn ,216 2 Flexural member of steel section Capacity moment at major axis x-x Modification factor for nonuniform bending Cbx 2, moment Check whether steel section compact or non-compact flang section λf 6,25 λpf 10, λrf 28, flange checking Compact Web section λw 42,8 λpw 108, λrw 164, web checking Compact Check condition of lateral-torsional buckling of beams center gravity of flange ho 484 Torsional section properties Js Torsional wraping constant Cw 1,25165E+12 Radius gyration ry 43, rts 52, Coefficient cl 1 Lr 6564, Lp 2231, Lbx 2000 Check lateral torsional Plastic Nominal moment strength Mpx Mrx ,9 Y y 0, Mnx ф Mnx

26 Shear Strength Distance between transversal stiffener a 2000 Z 0,22898 kv 5 X 3, U ,499 u 88, Vn ф Vn Summary ф Mnx /Mux 4, ф Vn /Vu 19,95749 Double L-60x60x5 Leg length df 60 Inertia momen Ix ,99 Leg thickness tf 5 Iy ,08 Distance between section T1 9 Elastic Section Modulus Sx 9124,77 Sy 12463,2 Plastic section modulus Zx 16512,44 Yield stress fy 240 Zy 21748,75 fr 70 Resistance factor for flexure фb 0,9 Radius of gyration ry 26, Area As 1105 rx 18, Elastic modulus E Shear modulus G Moment Ultimate Mux ,02 Muy ,13 1/4 point Max ,87 midpoint Mbx 19711,25 3/4 point Mcx 96521,73 Axial Pu ,7 Shear Vu 6066,21 26

27 1 Flexural member of steel section Capacity moment at major axis x-x Modification factor for non-uniform bending moment Cbx 4, Section properties checking flang section λf 6 λpf 10, λrf 28, flange checking Compact Stem section λs 12 λpw 24, λrw 29, Stem checking Compact Yield Condition For stem in tension Mny ,6 For stem in compression Mny ,8 Lateral torsional buckling condition Unbraced length of beam Lb 1366,4 Torsional section properties Js 15348,96 B1 0, B2-0, For stem in tension MLTB ,22 For stem in compression MLTB ,17 Stem lateral buckling fcr 240 MSLB ,8 Momen capacity Mn ,8 ф Mnx ,32 Shear Strength Distance between transversal stiffener a 1366,4 kv 5 27

28 X ,615 Y ,9008 Vn ф Vn Summary ф Mnx /Mux 0, ф Vn /Vu 5, Connection IWF 500x200x10x16 Section Properties Flange width bf 200 Inertia momen Ix Flange thickness tf 16 Iy ,33 Web height h 500 Elastic Section Modulus Sx ,97 Web thickness tw 10 Sy ,33 r 20 Plastic section modulus Zx yield stress fy 240 Zy fr 70 Resistance factor for flexure фb 0,9 Elastic modulus E Area As Shear modulus G Mu Connection plate flange bpf 250 tpf 12 Area flange plate Apf 3000 Total bolts in a row n 2 Bolt diameter Db 25,4 Bolt hole Hb 27 Net area Anf 2352 Yield condition фtny Fracture фtnf Bolt Tensile strength fub 825 Diameter Db 25,4 Area Ab 506,7075 shear plane mb 1 28

29 Connection at flange number of bolt nbf 10 Shear strength фrns Tension strength фrnt Bearing strength фrnb Nominal strength фtn Bottom flange stress fb 44,73395 Tu ,6 Ration фtn/tu 4, IWF 600x200x11x17 Section Properties Flange width bf 200 Inertia momen Ix 7,44E+08 Flange thickness tf 17 Iy Web height h 600 Elastic Section Modulus Sx Web thickness tw 11 Sy ,5 r 22 Plastic section modulus Zx yield stress fy 240 Zy ,5 fr 70 Resistance factor for flexure фb 0,9 Elastic modulus E Area As Shear modulus G Connection Plate Flange bpf 1000 Web bpw 1000 tpf 19 tpw 19 Area flange plate Apf Apw Total bolts in a row n 10 Bolt diameter Db 25,4 Bolt hole Hb 27 Net area Anf Anw Yield condition фtny фtnf Bolt Tensile strength fub 825 Diameter Db 25,4 Area Ab 506,707 shear plane mb 1 Connection at flange Number of bolt nbf 40 Shear strength фrns

30 Tension strength фrnt Bearing strength фrnb 1,3E+07 Nominal strength фtn Ultimate tension Tu Ratio фtn/tu 3,44806 Connection at web Number of bolt nbw 50 Shear strength фrnsw Tension strength фrntw 1,2E+07 Bearing strength фrnw 1,6E+07 Nominal strength фtnw Ultimate tension Tuw Ratio фtnw/tuw 4,08339 Connection at B Base material IWF 600x200x11x17 Flange thickness tf 17 Flange width df 200 Web height h 600 Web thickness tw 11 r 22 Area As Yield stress fy 240 Young modulus E Weld properties Electrode type E70 Tensile strength fuw 482,63 Groove weld Throat dimension tmin 6 Effective throat dimension te 4,242 Nominal strength of weld per mm фrnw 982, Length of groove weld web area Lweb 1044 flange area Lflange 778 Total length of weld Lw 1822 Nominal tension compression strength фpnw ,08 Nominal tension of base material фtn Nominal compression of base material фpn Nominal strength connection at A фtn A ,08 Ultimate tension fy 1,435 30

31 Check Tu 24954,65 фtn A /Tu 71, OK Load at conection B Maximum tension due moment of base Tu material moment Maximum compression due to moment Pu of base material moment Axial load Pud Maximum load Pu Check ratio фpn/pu 1, IWF 500x200x10x16 - Double L 60x60x5 Base material Leg thickness t1 6 Leg length h1 60 Yield stress fy 240 Young modulus E Weld properties electrode type E60 Tensile strength fuw 413,68 Fillet weld Throat dimension tmin 3 Effective throat dimension te 2,121 Nominal strength of weld per mm фrnw 394, Length of weld Lw 2980 Polar moment of inertia Ip ,2 Centroid of weld configuration x 372,5 y 20 Ultimate moment Mu Eccentricity ew 4491,5 Axial Load Pu 57, Stress due to direct shear Rv 0, Stress due to torsional moment Rx 0, Ry 1, Resultant Ru 1, Ratio фrnw/ru 282,

32 1 Column base plate 550mm x 900mm Concrete column Compressive strength fc' 21,75 Area of column A Base plates Yield strength fy 240 Area of base plate A Thickness of base plate tp 25 np 100 mp 250 Nominal bearing strength provided by base plate Pp ,5 Pp ,2 фpp ,5 2 Column base plate fasteners (bolt) Tensile strength of the bolt material fub 825 Diameter of unthreaded portion Dbg 32 Gross cross-sectional area of one bolt Ag 804, Tensile stress area An 603, Number of bolt nb 8 Nominal tensile strength of fasteners фrn ,66 Maximum allowable axial load Pu Pu Axial force ,68 Cek OK 3 Column base plate 600mm x 650mm Concrete column Compressive strength fc' 21,75 Area of column A Base plates Yield strength fy 240 Area of base plate A Thickness of base plate tp 25 np 125 mp 125 Nominal bearing strength provided by base plate Pp Pp ,36 32

33 фpp Column base plate fasteners (bolt) Tensile strength of the bolt material fub 825 Diameter of unthreaded portion Dbg 32 Gross cross-sectional area of one bolt Ag 804, Tensile stress area An 603, Number of bolt nb 8 Nominal tensile strength of fasteners фrn ,66 Maximum allowable axial load Pu Pu Axial force ,97 Cek OK Kesimpulan Berdasarkan analisis dan perhitungan yang telah dilakukan, diperoleh hasil bahwa elemen kolom dan balok H 350x350x9x14 tidak kompak pada pengecekan bagian flange. Solusi yang ditawarkan adalah memperbesar penampang, misalnya menggunakan kolom H 350x350x12x19. Pada pengecekan elemen double L 60x60x5, diperoleh hasil bahwa kapasitas momen penampang lebih kecil daripada beban ultimate yang diterima oleh elemen tersebut. Solusi yang ditawarkan adalah memperbesar penampang elemen double L tersebut. 33