STUDI LITERATUR PERANCANGAN DIMENSI RANGKA BATANG BAJA RINGAN BERDASARKAN ANALISIS LENDUTAN DAN KEKUATAN BAHAN LAPORAN Ditulis untuk Menyelesaikan Matakuliah Tugas Akhir Semester VI Pendidikan Program Diploma III oleh: FRANSISKA M. SIMANJUNTAK SYAHMINA AL YANI C. NIM: 1005022103 NIM: 1005022142 PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL JURUSAN TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013
ABSTRAK STUDI LITERATUR PERANCANGAN DIMENSI RANGKA BATANG BAJA RINGAN BERDASARKAN ANALISIS LENDUTAN DAN KEKUATAN BAHAN Oleh: Fransiska M. Simanjuntak (1005022103) dan Syahmina Al Yani C. (1005022142) Baja ringan dalam bentuk profil dikategorikan sebagai bahan konstruksi yang banyak digunakan sampai saat ini, baik untuk bahan bersifat struktur maupun nonstruktur. Banyaknya penggunaan baja ringan ini, sangat dipengaruhi oleh keunggulan yang dimilikinya dalam berbagai hal seperti berat isi yang sangat ringan, kekuatan, efisiensi perawatan, keawetan yang mampu bersaing dengan bahan kayu dan baja. Berdasarkan keunggulan yang dimiliki baja ringan dimaksud, telah menumbuhkan minat untuk mengembangkan penggunaan bahan ini dalam melengkapi kebutuhan struktur bangunan, terkhusus dalam perancangan struktur rangka batang. Perancangan struktur rangka bidang baja ringan dengan alasan praktis sangat dimungkinkan memberikan asumsi yang berlebihan, akan tetapi dalam laporan tugas akhir ini diupayakan pendekatan yang proporsional sebagaimana pokok masalah yang diangkat yaitu, bagaimana menemukan dimensi rangka batang yang efisien dan efektif berdasarkan analisis lendutan dan kekuatan bahan terhadap perancangan rangka batang baja ringan yang mempunyai sambungan eksentris berdasarkan analisis lendutan dan kekuatan bahan. Untuk pemecahan masalah ini dilakukan studi literatur yang dapat memberikan informasi yang teoritis. Informasi yang berbentuk data diolah melalui Program Komputer SAP2000 v.12.0 dan Program Microsoft Excel. Atas pemodelan yang dibuat, dianalisis untuk memperoleh hasil dan dibahas untuk memperoleh simpulan. Sehubungan dengan permasalahan di atas, maka faktor reduksi 0,06 terhadap defleksi bersyarat L/360 berdasarkan studi literature dapat membantu dalam perancangan dimensi yang dilakukan dalam penulisan laporan ini. Kata kunci: Deformasi, Struktur Rangka Batang Baja Ringan, Perancangan
KATA PENGANTAR Puji dan syukur Penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala berkat dan karunia yang dilimpahkan-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Laporan yang berjudul Studi Literatur Perancangan Dimensi Rangka Batang Baja Ringan Berdasarkan Analisis Lendutan dan Kekuatan Bahan ini dimaksudkan sebagai syarat untuk menyelesaikan matakuliah Tugas Akhir Pendidikan Program Diploma III Politeknik Negeri Medan. Sesuai dengan judulnya, laporan ini akan membahas tentang Perancangan Dimensi Rangka Batang Baja Ringan Berdasarkan Analisis Lendutan dan Kekuatan Bahan. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis telah mendapatkan bimbingan, bantuan dan arahan dari berbagai pihak, oleh sebab itu penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Bapak M. Syahrudin, S.T., M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Bapak Drs. Syaiful Hazmi, M.T., Ketua Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Medan; 3. Bapak Ir. Sudarto, M.T., Kepala Program Studi Teknik Sipil Politeknik Negeri Medan; 4. Bapak Drs. Daulat Panggabean, S.T., M.T., sebagai Dosen Pembimbing penulisan Laporan Tugas Akhir; 5. Dosen dan Tenaga Administrasi JurusanTeknik Sipil Politeknik Negeri Medan; 6. Orangtua dan keluarga penulis yang telah member dukungan secara material, motivasi dan doa; 7. Seluruh Sivitas Akademik Politeknik Negeri Medan; 8. Teman-teman mahasiswa Kelas SI-6F Politeknik Negeri Medan. Laporan Tugas Akhir ini merupakan hasil karya penulis, bukan merupakan plagiat. Penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis juga menyadari kemungkinan masih terdapat kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis menerima saran guna penyempurnaan laporan ini di kemudian hari.
Penulis berharap semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang membacanya. Medan, 31 Agustus 2013 Hormat kami penulis: Mahasiswa I, Mahasiswa II, FRANSISKA M SIMANJUNTAK SYAHMINA AL YANI CANIAGO NIM: 1005022103 NIM: 1005022142
DAFTAR ISI Hal. LEMBAR PERSETUJUAN... i LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR GRAFIK... xi BAB I. PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang Pemilihan Judul... 1 B. Perumusan Masalah... 1 C. Pembatasan Masalah... 2 D. Tujuan Pembahasan... 2 E. Manfaat... 2 F. Teknik Pengumpulan dan Pengolahan Data... 3 G. Jadwal Kegiatan dan Penulisan Laporan... 4 BAB II. TINJAUAN KEPUSTAKAAN... 5 A. Umum... 5 1. Penampang Struktur Individu (Tunggal)... 9 2. Penampang Panel dan Dek... 11 B. Sifat-Sifat Baja Ringan... 12 1. Konstanta Bahan... 12 2. Batas-Batas Tegangan... 15 3. Batas-Batas Lendutan... 16 C. Atap... 17 D. Sifat Bahan Baja... 18 E. Pembebanan... 21 1. Beban Mati... 21 2. Beban Hidup... 22 3. Beban Angin... 22 4. Kombinasi Pembebanan... 23
F. Interaksi Kombinasi Beban Aksial Tekan dan Lentur... 23 1. Daya Dukung Nominal Batang Struktur... 24 2. Lebar Efektif Elemen Terkekang yang Tertekan Merata... 24 3. Luas Efektif Profil yang Mengalami Tegangan Tekan... 26 4. Tegangan Tekuk Nominal Berdasar Kelangsingan Batang... 26 5. Titik Pusat dan Titik Berat Profil C Batang Baja Ringan... 28 BAB III. ANALISIS DIMENSI... 30 A. Data Perencanaan... 30 1. Analisis Pembebanan... 31 2. Entri Data Perancangan Dimensi Berdasarkan Deflesi Izin Terfaktor. 32 3. Run Analisis Komputer untuk Konfergensi Defleksi dan Gaya Aksial 34 4. Titik Pusat sebagai Eksentrisitas Sambungan Nodal... 35 5. Luas Efektif Profil... 35 6. Kuat Batang Aksial Eksentris... 37 7. Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris... 37 8. Analisis Pembebanan... 39 9. Entri Data Perancangan Dimensi Berdasarkan Deflesi Izin Terfaktor. 40 10. Run Analisis Komputer untuk Konfergensi Defleksi dan Gaya Aksial 41 11. Titik Pusat sebagai Eksentrisitas Sambungan Nodal... 42 12. Luas Efektif Profil... 43 13. Kuat Batang Aksial Eksentris... 45 14. Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris... 45 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 46 A. Aplikasi Defleksi Terfaktor terhadap Perancangan Profil C... 46 B. Pembahasan dalam Mencapai Akurasi dan Validasi Defleksi... 48 C. Hasil Analisis SAP untuk Defleksi dan Gaya Aksial Akibat Beban... 49 BAB V. SIMPULAN DAN SARAN... 52 A. Simpulan... 52 B. Saran... 52 DAFTAR KEPUSTAKAAN... xii LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Hal. Tabel 2.1 Batas Lendutan Maksimum... 16 Tabel 2.2 Harga Tegangan Leleh... 20 Tabel 4.1 Aplikasi Defleksi Terfaktor pada Perancangan Dimensi Batang Profil C Rangka Bidang Baja Ringan Model Persegi... 51
DAFTAR GAMBAR Hal. Gambar 2.1 Rangka batang stabil... 6 Gambar 2.2a Rangka sederhana... 7 Gambar 2.2b Rangka pelengkung... 7 Gambar 2.2c Rangka portal... 7 Gambar 2.2d Rangka batang untuk jembatan... 8 Gambar 2.2e Rangka untuk atap... 8 Gambar 2.2f Rangka batang tereduksi... 9 Gambar 2.3 Profil-Profil yang dibentuk secara dingin... 10 Gambar 2.4 Gambar struktur rangka atap... 11 Gambar 2.5 Gambar panel dinding... 11 Gambar 2.6 Profil-Profil yang dibentuk secara dingin... 12 Gambar 2.7 Percobaan tarik suatu batang baja... 13 Gambar 2.8 Distribusi tegangan pada elemen batang yang tertekan... 25 Gambar 2.9 Desain elemen terkekang yang tertekan merata... 25 Gambar 2.10 Luas efektif profil C baja ringan... 26 Gambar 2.11 Panjang tekuk Lk... 28 Gambar 2.12 Titik pusat profil batang rangka bidang... 29 Gambar 3.1 Perancangan struktur rangka bidang model segitiga tereduksi... 31 Gambar 3.2 Kombinasi pembebanan rangka bidang model segitiga... 33 Gambar 3.3 Hasil analisis defleksi dan gaya aksial ekstrim struktur... 34 Gambar 3.4 Titik pusat sebagai lengan momen sambungan nodal... 35 Gambar 3.5 Dasar penentuan luas efektif batang tekuk profil... 35 Gambar 3.6 Perancangan struktur rangka bidang model segitiga... 38 Gambar 3.7 Kombinasi pembebanan rangka bidang model segitiga... 41
Gambar 3.8 Hasil analisis defleksi dan gaya aksial ekstrim struktur... 42 Gambar 3.9 Titik pusat sebagai lengan momen sambungan nodal... 42 Gambar 3.10 Dasar penentuan luas efektif batang tekuk profil... 43 Gambar 4.1 Perancangan struktur rangka bidang model segitiga tereduksi... 46 Gambar 4.2 Perancangan struktur rangka bidang model segitiga... 47 Gambar 4.3 Detail nodal yang menunjukkan sambungan eksentris... 48 Gambar 4.4 Aplikasi perencanaan varian struktur memikul beban... 50
DAFTAR GRAFIK Hal. Grafik 2.1 Grafik Hubungan Regangan Tegangan... 16
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pemilihan Judul Sebagai seorang perencana struktur bangunan gedung, maka seorang Ahli Madia Teknik Sipil diharapkan untuk bisa merencanakan suatu bangunan struktur dengan berbagai kendala yang ada. Seperti merencanakan dimensi rangka batang dengan baja ringan pada struktur rangka. Mengingat semakin berkembangnya masyarakat jaman sekarang yang telah banyak memilih struktur rangka dengan menggunakan Baja Ringan dibandingkan dengan kayu, maka dari itu harus perlu perencanaan khusus untuk membuat struktur rangka dengan baja ringan yang sangat berbeda dengan kayu. Elemen-elemen pada sebuah struktur harus cukup kuat untuk menahan gaya-gaya dalam yang bekerja sehingga struktur aman. Kemungkinan-kemungkinan deformasi (lendutan/perpindahan) dari sambungan-sambungan harus digambarkan dengan benar. Dalam laporan ini penulis akan membahas studi literatur perancangan dimensi rangka batang pada baja ringan. Alasan penulis memilih judul ini karena penulis sangat tertarik untuk merencanakan sebuah struktur rangka dengan baja ringan dan sepanjang yang diketahui di Politeknik Negeri Medan terkhusus Jurusan Teknik Sipil masih jarang dibahas oleh orang lain. B. Perumusan Masalah 1. Bagaimana menentukan besaran dimensi rangka batang baja ringan berdasarkan analisis lendutan dan kekuatan bahan? 2. Berapa dimensi penampang rangka batang dengan baja ringan yang digunakan agar struktur tersebut aman? 3. Metode apa saja yang dapat dimanfaatkan dalam penggunaan perancangan sebuah struktur rangka batang?
C. Pembatasan Masalah Masalah yang dibahas dibatasi sebagai berikut: 1. Model yang diambil berbentuk rangka batang segitiga baja ringan dua dimensi dengan panjang bentang 16 meter. 2. Model struktur menggunakan profil baja ringan NUFRAME. 3. Perletakan struktur adalah sendi-sendi (statis tak tentu). 4. Perhitungan beban yang ditinjau meliputi angin kiri, angin kanan, dan beban gravitasi. 5. Untuk analisis struktur dalam menghitung gaya-gaya dalam yang terjadi pada struktur dilakukan dengan memanfaatkan SAP 2000 (Structure Analysis Program) v12.0.0 untuk mempercepat perhitungan. 6. Untuk menghitung analisis kekuatan digunakan program komputer Microsoft Excel. D. Tujuan Pembahasan Pembahasan ini bertujuan untuk mengetahui dimensi rangka batang dengan menggunakan baja ringan, yang sesuai berdasarkan analisis lendutan dan kekuatan bahan. E. Manfaat Manfaat dari Tugas Akhir ini, yaitu: 1. Penulis sendiri untuk menambah pengetahuan tentang perencanaan rangka batang dengan baja ringan. 2. Menambah kepustakaan di Politeknik Negeri Medan, khususnya Jurusan Teknik Sipil. 3. Dapat mengetahui bagaimana cara penggunaan Program SAP 2000 (Structure Analysis Program) v12.0.0. 4. Penulis sendiri untuk menambah pengetahuan dan pengalaman agar mampu melaksanakan kegiatan yang sama kelak setelah bekerja atau terjun ke lapangan. 5. Dapat menjadi perbandingan terhadap perencana/konsultan atau institusi yang terkait untuk menggunakan profil baja ringan.
F. Teknik Pengumpulan dan Pengolahan Data Adapun Teknik Pengumpulan dan Pengolahan Data untuk menyelesaikan laporan ini adalah: 1. Teknik Pengumpulan Data: a. Mengadakan konsultasi dengan dosen pembimbing, b. Mengumpulkan standar untuk kekuatan bahan terhadap rangka atap dengan baja ringan, c. Mengadakan studi kepustakaan berdasarkan buku-buku yang berkaitan dengan judul yang diambil. 2. Teknik Pengolahan Data : a. Menganalisa perencanaan dimensi rangka batang baja ringan dengan menggunakan program SAP2000 v12.0.0. b. Perhitungan kekuatan baja konvensional dengan menggunakan rumus.
G. Jadwal Kegiatan dan Penulisan Laporan Adapun jadwal persiapan yang kami siapkan serta kami susun di dalam pelaksanaan dan penulisan Tugas Akhir adalah sebagai berikut : BULAN NO Kegiatan Mei Juni Juli Minggu Minggu Minggu 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 A PERSIAPAN 1 Survei objek TA 2 Mendapat Dosen Pembimbing TA dari KPS 3 Bimbingan untuk Penulisan Proposal TA Bimbingan untuk Pelaksanaan Ta dari 4 Pembimbing B PELAKSANAAN 5 Bimbingan untuk Pengumpulan Data 6 Bimbingan untuk Pengolahan Data 7 Pengolahan Data C PELAPORAN 8 Penulisan BAB I 9 Penulisan BAB II 10 Koreksi dan Perbaikan Penulisan BAB I 11 Koreksi dan Perbaikan Penulisan BAB II 12 Penulisan BAB III 13 Koreksi dan Perbaikan Penulisan BAB III 14 Penulisan BAB IV 15 Koreksi dan Perbaikan Penulisan BAB IV 16 Bimbingan Tahap Akhir 17 Pengumpulan Laporan Tugas Akhir