STUDI PERBANDINGAN STRUKTUR RANGKA ATAP BAJA UNTK BERBAGAI TYPE TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Melengkapi Tugas Tugas Dan Memenuhi Syarat Untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil M. FAUZAN AZIMA LUBIS 050404041 BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009
LEMBAR PENGESAHAN STUDI PERBANDINGAN STRUKTUR RANGKA ATAP BAJA UNTUK BERBAGAI TYPE TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat dalam menempuh Colliqium Doctum / Ujian Sarjana Teknik Sipil USU Dikerjakan Oleh : M. FAUZAN AZIMA LUBIS 05 0404 041 Pembimbing Ir.Sanci Barus, MT NIP. 19520901 198112 1 001 Penguji I Penguji II Penguji III Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT Ir. Syahri Arbeyn Siregar Ir. Robert Panjaitan. NIP19590707 198710 1 001 NIP. 19490928 198103 1 001 NIP. 131 127 009 Mengesahkan : Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik, Prof. Dr.-Ing. Johannes Tarigan NIP.19561224 198103 1 002 BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
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 melengkepai tugas tugas dan memenuhi syarat untuk menempuh ujian sarjana pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah Studi Perbandingan Struktur Rangka Atap Baja untuk Berbagai Type. 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.Ing. Johanes Tarigan, Ketua Jurusan Teknik Sipil; 2. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, Koordinator Program Pendidikan S1 Jurusan Teknik Sipil; 3. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, Dosen Pembimbing penulis dalam penulisan Tugas Akhir ini; 4. Seluruh Staff Pengajar Jurusan Teknik Sipil yang telah mendidik penulis; 5. Pegawai Adminitrasi Jurusan Teknik Sipil; 6. Orang tua, Saudara dan rekan rekan penulis; 7. Serta pihak pihak lain yang turut berperan serta dalam penyelesaian tugas akhir ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu namanya.
Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis menyadari kemungkinan masih terdapat kekurangan dan kesilapan di dalam Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, penulis terbuka dan mengharapkan sekali kritikan dan saran yang sifatnya membangun guna memperbaiki tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Medan, Februari 2010 Hormat Saya Penulis, M. FAUZAN AZIMA LUBIS NIM : 050404041
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR. i DAFTAR ISI iii ABSTRAK.. viii DAFTAR NOTASI.. ix DAFTAR GAMBAR...... xii DAFTAR TABEL xvi BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang.. 1 1.2 Permasalahan. 3 1.3 Tujuan 4 1.4 Pembatasan Masalah. 4 1.5 Metodologi 4 1.6 Sistematika Penulisan 4 BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN. 6 2.1 Material Baja.. 6 2.1.1 Jenis Baja. 6 2.1.2 Profil Baja 6 2.1.2.1 Sumbu Utama 8 2.1.2.2 Sumbu Bahan dan Sumbu Bebas Bahan 9 2.2 Sifat Bahan.. 9 2.3 Type Struktur Penyangga Atap Baja.. 13 2.4 Pembebanan Struktur... 15 2.4.1 Kombinasi Beban Rencana 15 2.4.2 Faktor Reduksi Ø untuk Keadaan Kekuatan Batas. 16 2.5 Batang Tarik... 17 2.5.1 Tipe Batang Tarik. 17 2.5.2 Pembatasan Kelangsingan 18 2.5.3 Penampang Efektif.. 18 2.5.3.1 Sambungan Baut... 18 2.5.3.2 Sambungan Las. 20 2.5.4 Kuat Tarik Rencana. 21
2.5.5 Perencanaan Batang Tarik 22 2.6 Batang Tekan.. 23 2.6.1 Bentuk bentuk Penampang Batang Tekan 23 2.6.2 Profil Siku Ganda 24 2.6.3 Faktor Panjang Tekuk (Kc).. 25 2.6.4 Kelangsingan Batang 26 2.6.4.1 Pembatasan Kelangsingan. 26 2.6.4.2 Faktor Tekuk (ω) dan Kelangsingan. 27 2.6.5 Kuat Tekan Rencana 29 2.6.6 Perencanaan Batang Tekan. 29 2.7 Sambungan Struktur Baja.. 32 2.7.1 Sambungan Baut. 33 2.7.1.1 Pengurangan Luas akibat Lubang Baut 34 2.7.1.2 Tata Letak Baut 35 2.7.1.3 Kekuatan Baut.. 36 2.7.2 Sambungan Las 37 2.7.2.1 Tebal Las.. 38 2.7.2.2 Panjang Las.. 38 2.7.2.3 Luas Penampang Las (A)..... 39 2.8. Castella Beam..... 39 BAB III METODE ANALISIS STRUKTUR 43 3.1 Perhitungan Beban... 43 3.1.1 Beban Mati (D) 43 3.1.1.1 Tidak Pakai Track Staang.. 44 3.1.1.2 Pakai Track Staang. 45 3.2 Analisis Struktur dengan Alat Bantu Komputer. 48 3.2.1 Menentukan Geometri Struktur 48 3.2.2 Menentukan Material dan Section 49 3.2.3 Menentukan Properti Elemen 49 3.2.4 Menentukan Load Case 49 3.2.5 Menentukan Beban Joint.. 50 3.2.6 Analisis Model. 50
3.2.7 Menampilkan Gaya gaya Elemen. 50 BAB IV APLIKASI PERANCANGAN 52 4.1 Perancangan Struktur Rangka Baja Howe.. 58 4.1.1 Perancangan Batang Tekan..... 59 4.1.2 Perencanaan Pelat Kopel.. 61 4.1.3 Perencanaan Sambungan Buhul.... 65 4.1.4 Perencanaan Batang Tarik.... 66 4.2 Perancangan Struktur Rangka Baja Polenciau. 68 4.2.1 Perancangan Batang Tekan... 69 4.2.2 Pelat Kopel... 71 4.2.3 Perancangan Sambungan Buhul.. 75 4.2.4 Perancangan Batang Tarik.... 76 4.3 Perancangan Struktur Rangka Baja IWF 78 4.3.1 Pemilihan Profil 78 4.3.2 Sambungan Pada Titik 1.. 79 4.3.3 Sambungan Pada Titik 2.. 82 4.3.4 Sambungan Flens..... 86 4.3.5 Sambungan Badan... 87 4.4 Perancangan Struktur Rangka Baja Castella... 88 4.4.1 Potongan Profil Castella... 89 4.4.2 Sambungan Flens..... 90 4.4.3 Sambungan Badan.. 91 4.5 Perancangan Struktur Rangka Baja Profil CNP.... 92 4.5.1 Pemilihan Profil. 92 4.5.2 Sambungan Flens 95 4.6 Perhitungan Berat Rangka Baja 97 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 99 5.1 Kesimpulan... 99 5.2 Saran... 99 DAFTAR PUSTAKA.. xvii LAMPIRAN
ABSTRAK Pedoman Perencanaan Bangunan Baja Untuk Gedung (PPBBG 1987) adalah standar perancangan struktur baja yang berlaku di Indonesia hingga saat ini. Pada tahun 2002 Badan Standarisasi Nasional mengeluarkan sebuah standar peraturan baru yang disebut dengan Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk bangunan Gedung (SNI 03 1729 2002). Masa berlaku PPBBG 1987 yang sangat lama mengakibatkan sudah mendarah dagingnya konsep perancangan konsep tersebut dikalangan para praktisi sipil di lapangan, sehingga dirasa perlu untuk mengenalkan metode tersebut agar para perencana bangunan baja di Indonesia dapat merancang bangunan baja mereka sesuai standar baru yang berlaku, yaitu SNI 2002. Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas tata cara perancangan struktur rangka baja (berupa str. Rangka kap), yang terdiri dari perencanaan pembebanan, analisis struktur, perancangan batang tarik dan batang tekan dan perencanaan sambungan struktur rangka baja serta perbandingan antar profil siku, channel, Besi beton, I dan castella sehingga dihasilkan suatu profil yang lebih ekonomis. Pada aplikasi perhitungan dapat dilihat perbandingan berat struktur antar Rangka Baja dengan Profil yang berbeda, dimana profil CNP dan Besi beton dari segi berat lebih ekonomis dibanding profil siku, dan IWF. \
DAFTAR NOTASI Satuan fu = Tegangan Ultimit.. Mpa fy = Tegangan Leleh. Mpa Ix = Momen Inersia arah sumbu x mm 4 Iy = Momen Inersia arah sumbu y mm 4 E = Modulus Elastisitas Mpa G = Modulus Geser... Mpa μ = Angka Perbandingan Poisson α = Angka Perbandingan Ekspansi. Per C γ = Berat Jenis. t/m 3 σ = Tegangan Mpa ε = Regangan... mm ф = Faktor Reduksi Ae = Luas Penampang Efektif mm 2 An = Luas Penampang Netto... mm 2 g = Jarak Baut Vertikal. mm s = Jarak Baut Horizontal mm Ag = Luas Penampang Kotor.. mm 2 U = Nilai Faktor Nu = Gaya Terfaktor... kg Nn = Gaya Nominal. Kg Kc/k = Faktor Panjang Tekuk Lk = Panjang Tekuk mm rmin = jari jari girasi terkecil.. mm ω = factor tekuk Ru = Gaya Terfaktor baut kg Rn = Gaya Nominal Baut kg Vd = Kuat Geser Rencana.. kg Vn = Gaya Geser Nominal.. kg fu b = Tegangan Putus Baut. Mpa Ab = Luas Bruto Penampang Baut. mm 2
Td = Kuat Tarik Rencana kg Tn = Kuat Tarik Nominal kg Vu = Gaya Geser Terfaktor. kg Tu = Gaya Tarik Terfaktor.. kg Rd = Kuat Tumpu Rencana. kg tp = Tebal Pelat.. mm d = Diameter Baut mm n = Jumlah Baut m = Jumlah Bidang Geser tw = Tebal Efektif.. mm a = Tebal Las mm Ln = Panjang Las Netto. mm L = Panjang Las Total.. mm C = Nilai Konstanta σa = Tegangan Izin Miring.. Mpa P = Gaya yang Bekerja. kg e = Eksentrisitas mm τ = Gaya Geser Tiap Satuan Panjang kg/cm M = Momen kg/cm σi = Tegangan Izin kg/cm 2
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Rangka Baja Howe. 2 Gambar 1.2 Rangka Baja Profil IWF.. 2 Gambar 1.3 Rangka Baja CNP 2 Gambar 1.4 Rangka Baja Castella 3 Gambar 1.5 Rangka Baja Polenciau 3 Gambar 2.1 Profil Baja 7 Gambar 2.2 Sumbu Utama.. 8 Gambar 2.3 Sumbu Bahan dan Sumbu Bebas Bahan. 9 Gambar 2.4 Hubungan Tegangan untuk Uji Tarik Pada Baja Lunak. 11 Gambar 2.5 Tipe Str. Rangka Baja (Konstruksi Rangka Kap)... 13 Gambar 2.6 Bentuk Tampang Batang Tarik 18 Gambar 2.7 Sambungan Baut Zig zag. 19 Gambar 2.8 Sambungan Baut. 19 Gambar 2.9 Sambungan Las 20 Gambar 2.10 Bagan Alir Perencanaan Batang Tarik... 22 Gambar 2.11 Bentuk bentuk Tampang Penampang Tekan.. 24 Gambar 2.12 Profil Balik 28 Gambar 2.13 Pelat Kopel 29 Gambar 2.14 Bagan Alir Perencanaan Batang Tekan. 31 Gambar 2.15 Sambungan Baut Zig zag 34 Gambar 2.16 Nilai g Pada Penampang Siku 35 Gambar 2.17 Baut Dalam Geser.. 36 Gambar 2.18 Baut Tumpu 37 Gambar 2.19 Tebal Las 38 Gambar 2.20 Castella Beam 40 Gambar 3.1 Gording. 43 Gambar 3.2 Ikatan Angin 47 Gambar 4.1 Rangka Baja Howe.. 52 Gambar 4.2 Rangka Baja Profil I 52 Gambar 4.3 Rangka Baja dengan Profil CNP dan Silinder. 53
Gambar 4.4 Rangka Baja Castella.. 53 Gambar 4.5 Rangka Baja Tipe polenciau atau Rasuk Prancis 53 Gambar 4.6 Struktur Atap Seng. 54 Gambar 4.7 Beban Mati (D) dan Beban Hidup (La) Howe 55 Gambar 4.8 Beban Angin Kiri (Wki) dan Angin Kanan (Wka) Howe.. 55 Gambar 4.9 Beban Mati (D) dan Beban Hidup (La) I, CNP dan Castella. 56 Gambar 4.10 Beban Angin Kiri (Wki) dan Angin Kanan (Wka) I dan CNP.. 56 Gambar 4.11 Beban Mati (D) dan Beban Hidup (La) Polenciau 57 Gambar 4.12 Beban Angin Kiri (wki) dan Angin Kanan (Wka) Polenciau.. 57 Gambar 4.13 Penampang Siku.. 61 Gambar 4.14 Jarak Antar Pelat Kopel.. 61 Gambar 4.15 Jarak Antar Pelat Kopel.. 62 Gambar 4.16 Sambungan Batang. 65 Gambar 4.17 Penampang Siku.. 71 Gambar 4.18 Jarak Antar Pelat Kopel.. 71 Gambar 4.19 Jarak Antar Pelat Kopel... 72 Gambar 4.20 Sambungan Batang. 75 Gambar 4.21 Struktur Atap dengan Profil IWF 78 Gambar 4.22 Sambungan Pada Joint 1.. 79 Gambar 4.23 Pelat Penyambung 80 Gambar 4.24 Las Untuk Sambungan. 81 Gambar 4.25 Sambungan Pada Joint 2.. 82 Gambar 4.26 Pelat Penyambung 83 Gambar 4.27 Las Untuk Sambungan. 84 Gambar 4.28 Sambungan Flens. 86 Gambar 4.29 Las.... 86 Gambar 4.30 Sambungan Badan 87 Gambar 4.31 Castella. 88 Gambar 4.32 Potongan Profil Castella... 89 Gambar 4.33 Sambungan Flens. 90 Gambar 4.34 Las 90 Gambar 4.35 Sambungan Badan 91
Gambar 4.36 Potongan CNP.. 92 Gambar 4.37 Potongan CNP dan Besi Beton 92 Gambar 4.38 Keseimbangan 93 Gambar 4.39 Keseimbangan 94 Gambar 4.40 Sambungan Flens 95 Gambar 4.41 CNP dan Besi beton.. 96
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Kuat Tarik Batas dan Tegangan Leleh 6 Tabel 2.2 Faktor reduksi Untuk keadaan Kekautan Batas. 16 Tabel 2.3 Nilai Kc Untuk Kolom dengan Ujung ujung Ideal.. 26 Tabel 2.4 Ukuran Minimum Las Sudut.. 38 Tabel 4.1 Perhitungan Gaya Batang Howe 58 Tabel 4.2 Perhitungan Pelat Kopel... 64 Tabel 4.3 Perancangan Panjang Sambungan Las.. 66 Table 4.4 Perhitungan Dimensi Profil Siku.. 67 Tabel 4.5 Perhitungan Gaya Batang Polenciau. 68 Tabel 4.6 Perhitungan Pelat Kopel.. 74 Tabel 4.7 Perencanaan Panjang Sambungan Las. 76 Tabel 4.8 Perhitungan Dimensi Profil Siku. 77 Tabel 4.9 Perhitungan Gaya Batang I, Catella dan CNP.. 78 Table 4.10 Perhitungan Dimensi Profil CNP dan Silinder.... 96 Tabel 4.11 Perhitungan Berat Struktur Rangka Baja Howe. 97 Tabel 4.12 Perhitungan Berat Struktur Rangka Baja Polenciau.... 97 Tabel 4.13 Perhitungan Berat Struktur Rangka Baja I.. 98 Tabel 4.14 Perhitungan Struktur Rangka Baja Castella.... 98 Tabel 4.15 Perhitungan Berat Struktur Rangka Baja CNP... 98 Tabel 5.1 Kesimpulan Berat dari Setiap Kap 99