BAB III METODOLOGI PERANCANGAN 3.1 Bagan Alir Perancangan Untuk mempermudah perancangan Tugas Akhir, maka dibuat suatu alur sistematika perancangan struktur Kubah, yaitu dengan cara sebagai berikut: START STEP 1 Data Teori & Studi Literatur STEP 2 Spesifikasi Awal Struktur Kubah - Konsep Model Kubah - Struktur Primer & Sekunder - Tipe Penutup Atap - Profil Baja yang digunakan - Sistem Sambungan Profil STEP 3 Input Pembebanan STEP 4 Desain Awal Perancangan Gording Perancangan Girt / Cladding Perancangan Portal Utama FINISH MODIFIKASI! STEP 6 Gambar Detail Struktur Baja TIDAK OK!! Evaluasi Desain Awal OK!! STEP 5 Desain Akhir Perancangan Pelat Sambungan Perancangan Nodal Perancangan Base plate Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Perancangan Bangunan Kubah. III-1
3.2 Penjelasan Bagan Alir Berikut adalah penjelasan dan informasi mengenai proses pengerjaan Tugas Akhir ini, antara lain: 3.2.1 Data Teori & Studi Literatur Mengumpulkan data-data teori dasar dan acuan baku untuk bentuk bangunan Kubah, Standar Peraturan Pembebanan (Revisi SNI-03-1727- 1989/ASCE-02), Standar Nasional Struktur Baja (SNI03-1729-2002), Literatur teknik sipil, Handbooks, Brosur teknik, Internet, hingga rekan-rekan senior Engineer Struktur. Tujuan dari pengumpulan data-data teori dan studi literatur ini adalah: a. Untuk mengetahui kriteria desain struktur yang aman, kuat dan stabil. b. Untuk mengetahui dasar-dasar analisa struktur yang tepat dan benar. c. Untuk mengetahui profil atau material baja yang layak digunakan. d. Sebagai referensi perencanaan struktur baja di masa yang akan datang. e. Memperdalam dasar ilmu pengetahuan dan wawasan tentang struktur baja, khususnya mengenai struktur bangunan kubah. 3.2.2 Spesifikasi Awal Struktur Bangunan Informasi awal mengenai data-data kriteria desain bangunan kubah, penentuan penutup atap kubah, model sistem struktur rangka penyangga utama, sistem penyambungan batang profil, penggambaran konsep denah dan potongan prinsip serta model 3-Dimensi kubah. Sebelum melakukan perhitungan awal, hendak nya Engineer melakukan sketsa konsep pemodelan awal mengenai bentuk bangunan kubah yang akan direncanakan. III-2
a. Konsep model bangunan Kubah Seperti yang direncanakan sebelumnya, Bangunan kubah (Dome) ini menggunakan sistem Struktur Rangka Ruang yang terdiri dari susunan grid Rangka Portal Bidang dengan lebar maksimum 40 m dan lebar minimum 8 m dengan jarak antar portal 6 m c/c sebagai struktur utama. Sedangkan Rangka Ruang sebagai struktur pembentuk lengkung kubah dan penghubung antar Portal kuda-kuda. Berikut ini adalah sketsa denah awal bangunan baja berbentuk kubah: Gambar 3.2 Denah Konsep Bangunan Kubah. (Sumber: Koleksi Penulis, 2012) III-3
Setelah sketsa denah rencana Kubah selesai, maka dibuat suatu pemodelan bangunan 3D coba-coba menggunakan AutoCAD. Hal ini bertujuan untuk mengetahui dan menentukan bagaimana bentuk bangunan Kubah setelah desain dan perhitungan struktur selesai. Seperti terlihat pada Gambar 3.3 dibawah, Bahwa portal kuda-kuda disusun membentuk Kubah dengan penghubung nya adalah struktur rangka ruang. Agar bangunan pada sisi samping dapat dibentuk melengkung maka pada sisi-sisi portal ditambahkan portal truss. Sistem pengekang (flybrace) direncanakan untuk menahan gaya-gaya lateral agar bangunan tetap kaku (Rigidly). Struktur atas rangka Kubah (Dome) tersebut direncanakan duduk pada pondasi yang melingkar mengikuti lengkung kubah. Gambar 3.3 Tampak Konsep 3-D Bangunan Kubah. (Sumber: Koleksi Penulis, 2012) III-4
b. Struktur Utama Portal Kuda-kuda Berikut adalah sketsa potongan Portal kuda-kuda pada struktur kubah: Gambar 3.4 Potongan Portal kuda-kuda Kubah. (Sumber: Koleksi Penulis, 2012) Dari Gambar 3.4 diatas, didapat informasi mengenai parameter dimensi yang akan digunakan sebagai asumsi awal, antara lain: Lebar Bentang Portal Kuda-Kuda Tinggi Puncak Kubah Kemiringan Atap (Slope) Tipe Penyambung Tipe Penutup Atap Jarak antar Purlin (s) Alat Penyambung = 40 m = 18 m = 13,5 s/d 26,5 derajat = Baut dan Las. = TEGOLA fiberglass (Tipe Master) = 1,25 m c/c = Baut dan Las III-5
c. Struktur Penghubung antar Portal kuda-kuda Gambar 3.5 Struktur Rangka Batang Ruang sebagai penghubung antar Portal kuda-kuda. (Sumber: Koleksi Penulis, 2012) Struktur Rangka Ruang dirancang menggunakan batang profil pipa bulat dengan spesifikasi yang ada dipasaran dan sistem sambungan pada ujung-ujung profil menggunakan sambungan bola Nodal tipe MERO-KK yang terlebih dahulu dilubangi agar ujung batang profil dapat masuk ke lubang bola Nodal dan bersifat kaku (rigid). Untuk memudahkan konstruksi pemasangan (Erection), biasanya struktur rangka ruang dirakit terlebih dahulu di Pabrikator Baja sehingga dilapangan bisa langsung disambung pada tumpuan perletakan (Restraint). III-6
3.2.3 Analisa Pembebanan & Desain Struktur Perencanaan struktur ini dimulai dengan Preliminary Design. a. Input beban (Load Taking) Untuk Tujuan penentuan pembebanan awal, maka ditetapkan konsep awal data-data sebagai berikut: Aksesoris Atap Beban Hidup (L L ) Beban Hujan (R) Beban Angin (W) = 10 kg/m = 100 kg = 20 kg/m² = 40 kg/m² b. Perancangan Gording dan Girt (Cladding) Gording didesain untuk menyangga penutup atap, sedangkan Girt didesain untuk dinding penutup bangunan Kubah. Profil yang akan digunakan adalah Lip- Kanal C200.75.20 dengan tipe penutup Tegola tipe Master yang berbahan dasar campuran fiberglass dan bitumen berlapis pasir granular halus. Data-data mengenai persyaratan perencanaan Gording dan Girt meliputi: Gambar 3.6 Spesifikasi profil Lip-Kanal. (Sumber: Gunung Garuda Pabrikator) III-7
- Metode desain Gording Langkah-langkah dalam mendesain Gording, yaitu: 1. Analisa Struktur mulai dari Data penampang, parameter material, Kombinasi Pembebanan akibat beban Dead, Live, Wind. 2. Hitung Momen maksimum yang bekerja pada Gording. 3. Cek kelangsingan profil. 4. Hitung kapasitas Lentur dan Tekuk Lokal (Local Buckling). 5. Hitung kapasitas Geser (Shear). 6. Hitung kapasitas Puntir (Torsion). 7. Hitung kapasitas Lendutan maksimum (Max Deflection). 8. Kesimpulan. - Metode desain Girt / Cladding Langkah-langkah dalam mendesain Girt, yaitu: 1. Analisa Struktur mulai dari Data penampang, parameter material, Kombinasi Pembebanan akibat beban Dead, Live, Wind. 2. Hitung Momen maksimum yang bekerja pada Girt. 3. Cek kelangsingan profil. 4. Hitung kapasitas Lentur dan Tekuk Lokal (Local Buckling). 5. Hitung kapasitas Geser (Shear). 6. Hitung kapasitas Puntir (Torsion). 7. Hitung kapasitas Lendutan maksimum (Max Deflection). 8. Kesimpulan. III-8
c. Struktur Portal Utama Pada struktur rangka portal utama, terdiri dari komponen rangka batang bidang tekan, tarik dan lentur. - Metode desain Batang Tekan Langkah-langkah dalam mendesain batang tekan, yaitu: 1. Analisa Struktur mulai dari Data penampang, parameter material, Kombinasi Pembebanan akibat beban Dead, Live, Wind. 2. Cek kelangsingan penampang Profil. 3. Hitung Kuat Rencana, (R n ) dan Imin perlu. 4. Asumsi batang profil min. 2 buah. 5. Hitung nilai perbandingan lebar/tebal web dan flange. 6. Hitung nilai kapasitas tekan profil terhadap tekuk lentur & tekuk torsi. 7. Evaluasi kebutuhan penampang. Gambar 3.7 Komponen Batang Tekan pada Portal Utama. (Sumber: Koleksi Penulis, 2012) III-9
- Metode desain Batang Tarik Langkah-langkah dalam mendesain batang tarik, yaitu: 1. Analisa Struktur mulai dari Data penampang, parameter material, Kombinasi Pembebanan akibat beban Dead, Live, Wind. 2. Hitung Imin perlu berdasarkan data panjang komponen, L. 3. Asumsi data mutu baja dan hitung A g min perlu pada batas Leleh. 4. Asumsi data sambungan dan hitung A g min perlu pada batas Leleh. 5. Asumsi batang profil min. 2 buah berdasarkan data dan ukuran profil. 6. Hitung luas penampang efektif profil. 7. Cek daerah kritis sambungan (Blok Geser Ujung). 8. Cek efek lubang selang-seling. 9. Cek kelangsingan profil. 10. Kesimpulan. Gambar 3.8 Komponen Batang Tarik pada Portal Utama. (Sumber: Koleksi Penulis, 2012) III-10
- Metode desain Sambungan Baut dan Las Untuk Analisa pada perhitungan sambungan baut, yaitu berdasarkan: 1. Perhitungan Gaya atau Beban yang bekerja. 2. Perhitungan Kekuatan Geser, ϕvn dan Kekuatan Tumpu, ϕrn serta Kekuatan Tarik. 3. Cek kapasitas Profil, Pelat Simpul, Pelat penyambung bawah. Sedangkan Analisa pada perhitungan sambungan las, yaitu berdasarkan: 1. Perhitungan Analisa Kekuatan & Elastis. 2. Perhitungan Tegangan akibat Momen dan Geser, f dan f. 3. Perhitungan Tegangan maksimum, Tebal Las, dan Cek kapasitas las sudut. (a) (b) Gambar 3.9 Sambungan Baut (a) dan Sambungan Las (b). (Sumber: Koleksi Penulis, 2012) III-11
d. Perencanaan Struktur Rangka Ruang (Space Frame) Pada struktur penghubung rangka ruang terdiri dari komponen tekan dan komponen tarik serta sambungan nodal. - Metode desain Batang Tekan dan Tarik Langkah-langkah dalam mendesain batang tekan dan batang tarik, yaitu: 1. Analisa Struktur mulai dari hitungan gaya-gaya aksial tekan dan tarik. 2. Hitung defleksi maksimal masing-masing batang. 3. Hitung transfer gaya luar pada masing-masing joint / sambungan. 4. Hitung kekuatan struktur berdasarkan prinsip kekakuan dan fleksibilitas. 5. Cek kondisi batas pada masing-masing perletakan / tumpuan. 6. Evaluasi kebutuhan penampang. - Metode desain Sambungan Nodal 1. Asumsi diameter baut ujung-ujung profil berdasarkan batas maksimal. 2. Hitung kebutuhan diameter lubang pada bola Nodal. 3. Cek sudut terhadap batang diagonal. 4. Cek kebutuhan diameter masing-masing lubang pada bola Nodal. - Metode Cek kekuatan Nodal 1. Hitung kekuatan Nodal berdasarkan batas kekuatan tekan, N c. 2. Hitung kekuatan Nodal berdasarkan batas kekuatan tarik, N t. 3. Evaluasi ulang kekuatan Nodal. III-12
e. Perancangan Baseplate / Dudukan. Setelah desain struktur atas selesai, maka desain selanjutnya adalah struktur dudukan untuk struktur atas bangunan Kubah. Tipe penyambung antara struktur portal kuda-kuda dengan tumpuan pondasi yaitu dengan Baseplate yang dijepit angkur pada kedua sisi kolom portal. Langkah-langkah dalam mendesain Baseplate atau dudukan, yaitu: 1. Perencanaan awal dimensi Baseplate beserta mutu bahan yang dipakai. 2. Analisa Struktur mulai dari eksentrisitas gaya hingga eksentrisitas kritis. 3. Hitung kapasitas gaya Tekan dan kuat Tumpu serta kuat geser. 4. Hitung tebal Baseplate. 5. Desain Angkur termasuk jumlah dan panjang angkur. 6. Tinjau tahanan baut dan angkur. Gambar 3.11 Struktur Dudukan (Base Plate) (Sumber: Koleksi Penulis, 2012) III-13
f. Kontrol Desain Awal dan Desain Akhir Setelah perhitungan struktur dari bagian atas sampai struktur bagian bawah selesai, maka seorang Perencana melakukan self-checking mengenai bagian-bagian struktur yang telah dihitung. Jika ada item yang terlewat atau kurang benar maka hendaknya segera diperbaiki dimana letak kesalahannya. 3.2.4 Gambar Struktur Baja (Shop Drawing) Agar perhitungan mudah dipahami oleh Pelaksana Konstruksi, maka wajib dibuatkan suatu gambar model dan gambar detail untuk menyampaikan informasiinformasi berupa bahasa gambar dan dimensi bangunan. Penggambaran struktur bangunan baja dilakukan oleh seorang Drafter Struktur dengan kontrol terakhir oleh Engineer Struktur. Adapun item gambar yang harus dibuat untuk kebutuhan laporan desain, antara lain: 1. Gambar denah Base Plate. 2. Gambar denah susunan Rangka Atas dan Rangka Bawah. 3. Gambar tampak Perspektif 3D. (Jika memungkinkan). 4. Gambar potongan Portal Rangka Baja. (Melintang dan Memanjang) 5. Gambar detail Sambungan antar profil baja. III-14