TUGAS AKHIR PERENCANAAN RANGKA ATAP BAJA RINGAN BERDASARKAN SNI 7971 : 2013 Disusun oleh: IMMANIAR F. SINAGA 11 0404 079 Dosen Pembimbing: Ir. Sanci Barus, M.T. 19520901 198112 1 001 BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015
ABSTRAK Seiring dengan perkembangan zaman, baja ringan semakin populer digunakan pada konstruksi rangka atap. Hal ini dikarenakan baja ringan jauh lebih ekonomis dibandingkan dengan baja konvensional maupun kayu. Baja ringan juga memiliki segudang kelebihan yang sangat menguntungkan sebuah konstruksi. Tahun 2013, Badan Standar Nasional mengeluarkan SNI 7971 yaitu standar untuk perencanaan struktur baja ringan (canai dingin). Dengan adanya SNI ini, diharapkan suatu struktur baja ringan yang kuat dan berumur panjang. Tugas Akhir ini akan membahas tentang perencanaan rangka atap baja ringan menggunakan SNI 7971:2013. Rangka atap didesain menggunakan dua material yang berbeda yaitu baja ringan dan baja konvensional, dengan luas dan tipe rangka atap yang sama. Berpedoman pada standar dan referensi yang ada, direncanakanlah masing-masing rangka atap dan dihitung biayanya. Kemudian hasil dari kedua jenis rangka atap akan dibandingkan. Berdasarkan perencanaan yang dilakukan, akan ditarik kesimpulan yang menyajikan perbandingan berat dan biaya kedua jenis rangka atap. Diharapkan rangka atap baja ringan lebih ekonomis daripada rangka atap konvensional.
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul Perencanaan Rangka Atap Baja Ringan Berdasarkan SNI 7971:2013. Penulisan Tugas Akhir ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Sipil pada Fakultas Teknik. Saya menyadari bahwatanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan Tugas Akhir ini, sangatlah sulit bagi saya untuk menyelesaikannya. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ir. Sanci Barus, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penulisan skripsi ini. 2. Ir. Torang sitorus, M.T., dan Nursyamsi, S.T., M.T., selaku dosen penguji yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan masukan-masukan yang membantu saya dalam penyusunan skripsi ini. 3. Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, M.Sc., selaku Ketua Departemen Teknik Sipil. 4. Ir. Syahrizal, M.T., selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 5. Orang tua dan keluarga saya yang telah memberikan bantuan dukungan material dan moral;dan 6. Semua sahabat yang telah banyak membantu saya dalam menyelesaikan skripsi ini. Penulis menyadari bahwatugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak/Ibu dosen serta rekan-rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata, penulis berharaptuhanyang Maha Esa berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga Tugas Akhir ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu. Medan, Oktober 2015 Penulis, Immaniar F. Sinaga 11 0404 079
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR NOTASI... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan... 2 1.4 Pembatasan Masalah... 2 1.5 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1.Umum... 5 2.2.Baja Ringan (Cold-formed Steel)... 6 2.3.Sejarah Baja Ringan (Cold-formed Steel)... 7 2.4.Kelebihan dan Kekurangan Rangka Atap Baja Ringan... 9 2.5.Detail Rangka Atap Baja Ringan... 9 2.6.Spesifikasi Rangka Atap Baja Ringan... 13 2.7.Lapisan Antikarat Baja Ringan (Coating)... 14 2.8.Perencanaan Struktur Rangka Atap Baja Ringan... 15 2.8.1. Pembebanan... 15 2.8.2. Lebar Efektif Penampang... 17 2.8.2.1.Lebar Efektif untuk Elemen Dengan Pengaku a. Lebar efektif untuk pengaku yang mengalami tegangan
tekan merata... 18 b. Elemen dengan pengaku yang mengalami tekan merata dengan lubang lingkaran... 19 c. Elemen dengan pengaku dengan tegangan bergradien... 20 d. Pelat badan penampang kanal berlubang dengan tegangan bergradien... 22 2.8.2.2.Lebar Efektif dari Elemen Tanpa Pengaku a. Elemen dengan pengaku yang mengalami tegangan tekan merata... 23 b. Elemen tanpa pengaku dan pengaku tepi yang mengalami tegangan bergradien... 24 2.8.2.3.Lebar efektif elemen yang mengalami tekan merata dengan pengaku tepi... 27 2.8.2.4.Lebar efektif elemen dengan pengaku yang mengalami tekan merata dengan satu pengaku antara... 29 2.8.2.5.Lebar efektif elemen dengan pengaku yang mengalami tekan merata dengan pengaku antara majemuk... 31 2.8.2.6.Lebar efektif dengan pengaku tepi yang mengalami tekan merata dengan pengaku antara... 35 2.8.2.7.Elemen busur tekan... 36 2.8.3. Perencanaan Batang Tarik... 36 2.8.4. Perencanaan Batang Tekan... 38 2.8.5. Perencanaan Sambungan... 40 BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Pengumpulan Data... 45 3.2. Metode Penelitian... 46 3.3. Analisis Perhitungan... 48 3.4. Konsep Perencanaan Struktur Rangka Atap... 48 3.4.1. Rangka Atap Baja Ringan... 48 3.4.2. Rangka Atap Baja Konvensional... 54 BAB IV ANALISIS DESAIN STRUKTUR RANGKA ATAP
4.1. Perencanaan Rangka Atap Baja Ringan... 59 4.1.1. Model Struktur... 59 4.1.2. Pembebanan Rangka Atap... 60 a. Beban Mati... 60 b. Beban Hidup... 63 c. Beban Angin... 63 d. Beban Hujan... 64 4.1.3. Gaya Batang Maksimum... 65 4.1.4. Perencanaan Struktur Rangka Atap... 42 a. Batang Tarik Bawah (Bottom Chord)... 66 b. Batang Tarik Web... 68 c. Batang Tekan Atas (Top Chord)... 70 d. Batang Tekan Web... 76 e. Batang Tekan Web Horizontal... 82 4.1.5. Desain Sambungan Rangka Atap... 90 4.2. Perencanaan Rangka Atap Baja Konvensional... 101 4.2.1. Model Struktur... 101 4.2.2. Material... 102 4.2.3. Perencanaan Gording... 102 4.2.4. Pembebanan Rangka Atap... 106 4.2.5. Gaya Batang Maksimum... 112 4.2.6. Perencanaan Dimensi Struktur Rangka Atap... 113 4.2.6.1 Batang Tarik... 113 4.2.6.2 Batang Tekan... 115 4.2.7. Perencanaan Sambungan Rangka Atap... 119 4.2.8. Tabulasi Perencanaan Rangka Atap Konvensional... 122 4.3. Komparasi Desain Rangka Atap... 123 4.3.1 Perbandingan Komposisi Rangka Atap... 123 4.3.2 Perbandingan Berat... 125 4.3.3 Perbandingan Harga... 128 4.3.4 Rekapitulasi Perbandingan Rangka Atap... 128 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan... 129 5.2 Saran... 129 DAFTAR PUSTAKA... 130
DAFTAR TABEL Hal. Tabel 2.1. Nilai koefisien tekuk pelat...28 Tabel 2.2. Faktor koreksi (k t ) untuk elemen yang diarsir...37 Tabel 2.3. Faktor tumpu (C)...42 Tabel 4.1. Rekapitulasi perhitungan beban mati...52 Tabel 4.2. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan...89 Tabel 4.3. Rekapitulasi sambungan pada rangka atap baja ringan...100 Tabel 4.4. Kombinasi beban pada gording...105 Tabel 4.5. Rekapitulasi perhitungan beban mati...110 Tabel 4.6. Gaya dalam maksimum pada rangka batang...113 Tabel 4.7. Tabulasi perencanaan rangka atap konvensional...122 Tabel 4.8. Tabulasi berat rangka atap baja ringan...125 Tabel 4.9. Tabulasi berat total rangka atap baja ringan...126 Tabel 4.10. Tabulasi berat rangka atap baja konvensional...126 Tabel 4.11. Tabulasi berat total rangka atap baja konvensioanal...127 Tabel 4.12. Analisa harga bahan rangka atap baja ringan...128 Tabel 4.13. Analisa harga bahan rangka atap konvensional...129 Tabel 4.14. Rasio perbandingan rangka atap...130
DAFTAR GAMBAR Hal. Gambar 1.1 Rangka atap baja segitiga tipe Pratt...3 Gambar 2.1. Proses pembentukan profil baja ringan...7 Gambar 2.2. Struktur kuda-kuda baja ringan...10 Gambar 2.3. Tekuk lokal pada penampang langsing...11 Gambar 2.4. Konsep lebar efektif penampang cold-formed...12 Gambar 2.5. Jenis profil baja ringan...14 Gambar 2.6. Elemen dengan pengaku menerima tegangan tekan merata...19 Gambar 2.7. Elemen dengan pengaku dan pelat badan dengan tegangan bergradien...21 Gambar 2.8. Elemen tanpa pengaku mengalami tegangan tekan merata...23 Gambar 2.9(A). Elemen tanpa pengaku dengan tegangan bergradien-kedua tepi dalam tekan...26 Gambar 2.9(B). Elemen tanpa pengaku dengan tegangan bergradien-satu tepi mengalami tekan dan satu tepi mengalami tarik...26 Gambar 2.10. Elemen dengan pengaku tepi lip sederhana...28 Gambar 2.11. Elemen-elemen dengan satu pengaku antara...31 Gambar 2.12(A). Lokasi lebar efektif...32 Gambar 2.12(B). Lebar pelat dan lokasi pengaku...33 Gambar 3.1. Diagram alir (Flow Chart)...47 Gambar 4.1. Denah rangka atap baja ringan...59 Gambar 4.2. Model rangka atap baja ringan...60 Gambar 4.3 Distribusi beban mati pada rangka atap baja ringan...61 Gambar 4.4. Distribusi beban hidup (ql)...63 Gambar 4.5. Distribusi beban angin kanan(w kanan) rangka atap...64
Gambar 4.6. Distribusi beban angin kiri (W kiri) rangka atap...64 Gambar 4.7. Distribusi beban hujan (H) pada rangka atap...65 Gambar 4.8. Sambungan buhul 1...90 Gambar 4.9. Sambungan buhul 6...93 Gambar 4.10. Sambungan buhul 18...97 Gambar 4.11. Denah rangka atap konvensional...101 Gambar 4.12. Model rangka atap baja konvensional...101 Gambar 4.13. Distribusi beban mati pada rangka atap konvensional...108 Gambar 4.14. Distribusi beban hidup (ql)...110 Gambar 4.15. Distribusi beban angin kiri (W kiri) rangka atap...111 Gambar 4.16. Distribusi beban angin kanan (W kanan) pada rangka atap...111 Gambar 4.17. Distribusi beban hujan (H) pada rangka atap...112 Gambar 4.18. Komposisi rangka atap baja ringan...123 Gambar 4.19. Komposisi rangka atap baja konvensional...124 Gambar 4.20. Rangka atap baja ringan...129
DAFTAR NOTASI Ae Luas efektif A g A lob A n A s b b e b ed b o C d f d w E f cr f n f oc f u f u1 f u2 f y G h I a I s Luas bruto penampang Luas lobang baut atau sekrup Luas neto penampang Luas bruto pengaku Lebar elemen profil Lebar efektif Lebar efektif untuk defleksi Lebar rata total dari elemen dengan pengaku Faktor tumpu Diameter nominal baut,sekrup, paku keling Diameter yang terlihat dari permukaan luar atau kepala sekrup Modulus elastisitas Young Tegangan tekuk pelat Tegangan desain Nilai terkecil dari tegangan tekuk lentur, torsi, dan lentur-torsi elastis Tegangan ultimit Kekuatan tarik lembarn yang kontak dengan kepala sekrup Kekuatan tarik lembaran yang tidak kontak dengan kepala sekrup Tegangan leleh Modulus geser Tinggi elemen profil Momen inersia pengaku cukup Momen inersia dari pengaku utuh terhadap sumbu titik beratnya yang sejajar dengan elemen yang akan diperkaku I x, I y Momen inersia penampang terhadap sumbu utama x dan y k Koefisien tekuk pelat k t k 1oc Faktor koreksi Koefisien tekuk pelat untuk tekuk subelemen lokal
L Panjang batang le Panjang efektif penampang N c tekan N ou n N ov N t N n Kapasitas komponen struktur nominal dari komponen struktur dalam Kapasitas cabut nominal Eksponen Kapasitas sobek nominal Kapasitas penampang nominal dari komponen struktur dalam tarik Kapasitas penampang nominal dari komponen struktur dalam tekan N* Gaya aksial desain R r S S f S 1 Radius luar permukaan lengkung Radius girasi dari penampang utuh, tidak tereduksi Faktor kelangsingan Jarak antar baut atau sekrup Jarak baut ke tepi t Tebal elemen profil t 1 t 2 V b Tebal lembaran yang kontak dengan kepala sekrup Tebal lembaran yang tidak kontak dengan kepala sekrup Kapasitas tumpu nominal bagian tersambung x, y Sumbu utama penampang α, θ Sudut kemiringan β Koefisien γ Faktor kepentingan λ Rasio kelangsingan λ c ν Ø Ø c Ø t ρ Kelangsingan nondimensi yang digunakan untuk menentukan fn Angka Poisson Faktor reduksi kapasitas sekrup yang menerima miring dan tumpu Faktor reduksi pada elemen tekan Faktor reduksi pada elemen tarik Faktor lebar efektif