Analisis Desain Struktur Rangka Atap

8/6/2019 Analisis Desain Struktur Rangka Atap

1/14

ANALISIS DESAIN STRUKTUR RANGKA ATAP

Gambar 1. Struktur Rangka Atap Baja

Pemodelan Struktur Dan BebanAgar beban-beban yang bekerja pada Struktur Rangka Batang (Truss Structure) dapat terpusat di

titik-titik buhul (joint), maka perlu adanya elemen struktur yang berfungsi untuk merubah beban

merata (q) menjadi beban-beban terpusat (Q). Pada struktur rangka atap, perlu dipasang gordinguntuk merubah beban merata menjadi beban-beban terpusat, agar tidak timbul momen lenturpada sistem struktur. Untuk mendapatkan struktur rangka atap yang ideal, maka gording-gording

harus diletakkan pada joint.

Gambar 2. Beban merata pada rangka atap

Pada struktur rangka atap, selain beban mati yang berupa berat sendiri dari elemen-elemenkonstruksi (berat penutup atap, berat rangka, gording, dll.) dan beban hidup yang diperkirakan

akan bekerja pada struktur rangka, perlu diperhitungkan juga pengaruh dari beban angin (tekanandan hisapan). Dengan adanya gording-gording pada titik buhul, maka beban-beban merata pada

struktur atap akan menjadi beban-beban terpusat.

Gambar 3. Beban-beban terpusat pada rangka atap


2/14

Berdasarkan pedoman pembebanan yang berlaku di Indonesia, besarnya tekanan tiup angin yangbekerja pada struktur atap dapat diambil minimum sebesar 25 kg/m2. Tekanan angin di laut dan

ditepi laut sampai sejauh 5 km dari pantai, harus diambil minimum 40 kg/m2. Berhubungpengaruh angin akan menimbulkan tekanan dan hisapan, maka pada struktur atap juga akan

mengalami tekanan dan hisapan angin, dimana besarnya tergantung dari bentuk dan kemiringan

atap. Distribusi beban angin menjadi beban-beban terpusat dijelaskan pada skema di bawah.

Jika diketahui tekanan tiup angin : qw = (25-40) kg/m2, kemiringan atap , jarak rangka atap : B,

jarak antar gording : Lg, maka besarnyaE: tekanan angin (Qt) dan hisapan angin (Qh) adalah :

Tekanan angini + 0,4).qw]E: Qt = Lg.B.[( 0,02.

Hisapan angini : Qh = Lg.B.[(0,4).qw]

Gambar 4. Penguraian beban angin pada joint rangka atap

Untuk keperluan perhitungan, beban terpusat pada titik buhul akibat tekanan angin (Qt) danhisapan angin (Qh), diuraikan menjadi beban yang berarah vertikal (Vh) dan horisontal (Hh) sbb.

:

Tekanan angin (Qt)i ,E: Vt = Qt.cos. EHt = Qt.sin.

Hisapan angin (Qh)i ,E: Vh = Qh.cos. EHh = Qh.sin.

Beban mati pada struktur rangka atap, dapat terdiri dari berat sendiri rangka, beban penutup atap,usuk, reng, gording, plafond dan penggantung. Berdasarkan Peraturan Pembebanan Indonesia

Untuk Gedung 1987, besarnya beban-beban di atas adalah : atap genting, usuk, dan reng (qa) =50 kg/m2 , plafond dan penggantung (qp) = 50 kg/m2, sedangkan berat jenis baja = 7850 kg/m3.

Dengan demikian besarnya beban terpusat pada titik buhul akibat penutup atap : Qa = d.B.qa,dan akibat plafond Qp = d.B.qp (Gambar 5).


3/14

Gambar 5. Beban penutup atap dan plafond

Besarnya beban hidup pada atap akibat berat pekerja diperhitungkan sebesar Qh = 100 kg. Bebanini ditempatkan sedemikian rupa, sehingga menghasilkan pengaruh yang paling berbahaya pada

struktur rangka atap (Gambar 6).

Gambar 6. Penempatan beban hidup pada rangka atap

Contoh Analisis & Desain Struktur Rangka Atap

Suatu struktur rangka atap dari baja, mempunyai konfigurasi seperti pada gambar. Sambungan

antara batang menggunakan baut berdiameter 12 mm dan pelat buhul tebal 1 cm. Panjangbentang dari rangka = 1800 cm, tinggi rangka = 450 cm, dan jarak antara rangka atap : B = 400

cm.

Untuk keperluan desain awal, batang tepi atas dan tepi bawah menggunakan profil siku rangkap2L.70.70.7. Batang vertikal dan batang diagonal menggunakan profil siku rangkap 2L.50.50.5.

Mutu profil baja yang digunakan adalah BJ.37, dengan tegangan leleh (fy) = = 2400 kg/cm2.

Beban-beban yang diperhitungkan bekerja pada struktur rangka atap adalah beban angin (qw) =25 kg/m2, beban penutup atap (qa) = 50 kg/m2, dan beban plafon (qp) = 20 kg/m2. Berat jenis

baja = 7850 kg/m3 , modulus elastisitas baja E = 2100000 kg/cm2 , dan angka poisson baja =0,3.

Kombinasi pembebanan yang ditinjau pada analisis struktur adalah :


4/14

Pembebanan Tetapi : Beban mati + beban hidup

Pembebanan Sementara 1i : Beban mati + beban hidup + beban angin dari kiri

Pembebanan Sementara 2i : Beban mati + beban hidup + beban angin dari kanan

Gambar 7. Konfigurasi struktur dengan profil siku rangkap 2L70.70.7 dan 2L50.50.5

Dari Tabel Profil Baja, diketahui lebar dan tebal sayap dari profil siku L.70.70.7 dan L.50.50.5adalah :

Perhitungan Beban

Beban angin (qw) = 25 kg/m2, jarak antara rangka atap : B = 4m, dan = 4,5Ejarak antara

gording Lg=3,35 m. Kemiringan atap : tg. /9,0 = 0,5, = 27oEjadi

+ 0,4).qw] = 315 kgETekanan angin : Qt = Lg.B.[(0,02.

Tekanan vertikalo = 280 kgE: Vt = Qt cos

Tekanan horisontalo = 140 kgE: Ht = Qt sin

Hisapan angin : Qi = Lg.B.[(0,4).qw] = 134 kg

Hisapan vertikalo = 120 kgE: Vi = Qi cos

Hisapan horisontalo = 60 kgE: Hi = Qi sin

Beban penutup atap (qa) = 50 kg/m2, dan beban plafon (qp) = 20 Kg/m2.

Penutup atap : Qa = d.B.qa = 600 kg, dan penutup plafond : Qp = d.B.qp = 240 kg


5/14

Besarnya beban hidup pada struktur atap diperhitungkan sebesar Qh = 100 kg. Denganpenempatan beban seperti ditunjukkan pada Gambar 9.

Setelah dihitung pembebanan pada struktur rangka atap akibat beban angin, beban mati, dan

beban hidup, maka dapat disusun kasus beban (load case) yang bekerja sbb. :

Gambar 8. Kasus beban 1 : beban mati pada struktur

Gambar 9. Kasus beban 2 : beban hidup pada struktur

Gambar 10. Kasus beban 3 : beban angin dari kiri pada struktur


6/14

Gambar 11. Kasus beban 4 : beban angin dari kanan pada struktur

Analisis Struktur Rangka Atap Dengan SAP2000 (Metode ASD)

1. Memilih Sistem Satuan

Pada kotak sistem satuan, pilih sistem satuan yang digunakan yaitu : kg-cm.

2. Menyusun Konfigurasi Stuktur

Dari menu File, pilih New Model dan 2D Trusses. Pada kotak 2D Truss Type pilih Prat Truss.Masukkan data konfigurasi struktur rangka atap sbb. :

Gambar 12. Dimensi struktur rangka atap

3. Mendefinisikan Karakteristik Material

Dari menu Define, pilih Material untuk menampilkan kotak Define Material. Pilih STEEL,kemudian klik tombol Modify/Show Material. Pada kotak Material Property Data masukkan data

dari material :


7/14

Gambar 13. Properti material baja

4. Mendefinisikan Dimensi Elemen

Dari menu Define, pilih Frame Sections untuk menampilkan kotak Frame Properties. Pada kotakFrame Properties, klik Add Double Angle, kemudian Add New Property. Pada kotak Doubel

Angle Section, masukkan data untuk profil siku rangkap 2L.70.70.7 dengan pelat buhul tebal 1cm, sbb :

Gambar 14. Properti penampang profil siku rsangkap 2L.70.70.7

Untuk mendefinisikan profil siku rangkap 2L.50.50.5 dilakukan dengan cara yang sama. Pada

kotak Frame Properties, klik Add Double Angle. Pada kotak Double Angle Section, masukkandata untuk profil siku rangkap 2L.50.50.5, sbb. :


8/14

Gambar 15. Properti penampang profil siku rangkap 2L.50.50.5

5. Penempatan Elemen Pada Sistem Struktur

Klik batang atas dan batang bawah dari struktur. Pilih menu Assign, kemudian Frame danSection. Pada kotak Frame Section, pilih 2L70, klik OK.

Klik batang vertikal dan batang diagonal. Pilih menu Assign, kemudian Frame dan Section. Pada

kotak Frame Section, pilih 2L50, klik OK.

6. Mendefinisikan Kasus Beban (Load Case)

Untuk mendefinisikan 4 kasus beban yang bekerja pada struktur, yaitu beban mati (DEAD),beban hidup (LIVE), beban angin kiri (WIND-Ki), dan beban angin kanan (WIND-Ka),

dilakukan sbb. :

Dari menu Define, pilih Load Case. Pada kotak Define Load , masukkan data :


9/14

Gambar 15. Kasus beban pada struktur rangka atap

7. Mendefinisikan Kasus Analisis (Analysis Cases)

Untuk mendefinisikan kasus beban yang akan dianalisis, yaitu beban mati (DEAD), beban hidup(LIVE), beban angin kiri (WIND-Ki), dan beban angin kanan (WIND-Ka), dilakukan sbb. :

Dari menu Define, pilih Analysis Cases. Pada kotak Analysis Cases, masukkan data sbb. :

Gambar 16. Kasus analisis pada struktur rangka atap

Kasus analisis selain DEAD, LIVE, WIND-Ki, dan WIND-Ka, dihapus dari kotak AnalysisCases dengan menggunakan Delete Case.

8. Mendefinisikan Pembebanan Pada Struktur

Beban pada struktur rangka batang berupa beban yang bekerja di joint-joint struktur. Untukmendefinisikan beban-beban pada struktur, dilakukan sbb. :

Kasus Beban 1 : Beban Mati (DEAD)

Klik joint-joint pada struktur yang akan dibebani beban mati 600 kg. Pilih menu Assign

kemudian Joint Load dan Forces. Pada kotak Joint Forces masukkan data beban :

Load Case Name : DEADLoad : Forces Global Z = -600

Options : Replace Existing LoadKlik OK.

Dengan cara yang sama, ulangi pemasukan data untuk beban mati 300 kg dan 240 kg yang


10/14

bekerja pada struktur.

Kasus Beban 2 : Beban Hidup (LIVE)

Klik joint-joint pada struktur yang akan dibebani beban hidup 100 kg. Pilih menu Assign

kemudian Joint Load dan Forces. Pada kotak Joint Forces masukkan data beban :

Load Case Name : LIVE

Load : Forces Global Z = -100Options : Replace Existing Load

Klik OK.

Kasus Beban 3 : Beban Angin Kiri (WIND-Ki)

Klik joint-joint pada struktur yang akan dibebani beban 280 kg dan 140 kg. Pilih menu Assignkemudian Joint Load dan Forces. Pada kotak Joint Forces masukkan data beban :

Load Case Name : WIND-Ki

Load : Forces Global Z = -280: Forces Global X = 140


Dengan cara yang sama, ulangi pemasukan data untuk beban-beban lainnya yang bekerja pada

struktur.

Kasus Beban 4 : Beban Angin Kanan (WIND-Ka)

Klik joint-joint pada struktur yang akan dibebani beban 120 kg dan 60 kg. Pilih menu Assignkemudian Joint Load dan Forces. Pada kotak Joint Forces masukkan data-data beban sbb. :

Load Case Name : WIND-Ka

Load : Forces Global Z = 120: Forces Global X = -60


Dengan cara yang sama, ulangi pemasukan data untuk beban-beban lainnya yang bekerja pada

struktur.

9. Mendefinisikan Kombinasi Pembebanan (Load Combination)

Setelah semua kasus beban dan beban-beban yang bekerja pada struktur dimasukkan datanya didalam program, kemudian perlu didefinisikan kombinasi pembebanan yang akan ditinjau pada

analisis. Untuk mendefinisikan 3 kombinasi pembebanan yang bekerja pada struktur, dilakukandengan cara sbb. :


11/14

Kombinasi Pembebanan 1 : (Mati + Hidup)

Dari menu Define, pilih Load Combination. Pada kotak Define Load Combination, klik Add

New Combo, kemudian masukkan data :

Respons Combination Name : COMB1Combination Type : Linear Add

Case Name Case Type Scale Factor

DEAD Linear Static 1LIVE Linear Static 1

Kombinasi Pembebanan 2 : (Mati + Hidup + Angin Kiri)

Dari menu Define, pilih Load Combination. Pada kotak Define Load Combination, klik Add

New Combo, kemudian masukkan data :

Respons Combination Name : COMB2Combination Type : Linear Add

Case Name Case Type Scale Factor

DEAD Linear Static 1LIVE Linear Static 1

WIND-Ki Linear Static 1

Kombinasi Pembebanan 3 : (Mati + Hidup + Angin Kanan)

Dari menu Define, pilih Load Combination. Pada kotak Define Load Combination, klik AddNew Combo, kemudian masukkan data :

Respons Combination Name : COMB3

Combination Type : Linear Add

Case Name Case Type Scale FactorDEAD Linear Static 1

LIVE Linear Static 1WIND-Ka Linear Static 1

10. Melakukan Analisis Struktur

Setelah semua data yang diperlukan untuk perhitungan struktur dimasukkan di dalam program,selanjutnya dapat dilakukan analisis struktur.

Sebelum melakukan analisis dari suatu struktur rangka batang (truss structure), perlu


12/14

diperhatikan bahwa elemen-elemen dari struktur rangka batang dihubungkan secara sendi/engselpada joint-jointnya, sehingga secara teoritis pada sambungan antara elemen-elemen struktur

tidak timbul momen.

Untuk menghilangkan pengaruh momen lentur pada sambungan-sambungan struktur rangka

batang, dilakukan sbb. :

Klik semua elemen dari struktur. Pilih menu Assign, kemudian Frame/Cable/Tendon dan

Releases/Partialy Fixity.

Pada kotak Assign Frame Release, klik kotak Start dan End yang ada pada Momen 33 (Major).

Untuk melakukan analisis 2 dimensi dari struktur rangka atap, dilakukan sbb. :

Pilih menu Analyze, kemudian Set Analysis Options. Pada kotak Analysis Options klik PlaneFrame (XZ Plane), klik OK.

Sebelum melakukan analisis, simpan terlebih dahulu file data masukan dengan cara :

Pilih menu File, Kemudian Save As. Pada kotak dialog Save Model File As, ketikan nama file :

STRUKTUR ATAP, kemudian klik Save. Untuk melakukan analisis struktur, pilih menuAnalyze dan Run Analysis, klik Run Now.

Untuk menampilkan deformasi dari struktur rangka atap akibat kombinasi beban mati dan beban

hidup (COMB1) , pilih menu Display kemudian Show Deformed Shape. Pada kotak DeformedShape masukkan data :

Case/Combo Name : COMB1

Scalling : AutoOptions : Wire Shadow

: Cubic CurveKlik OK

Gambar 17. Deformasi struktur atap akibat beban mati + beban hidup (COMB1)

Untuk menampilkan gaya batang pada elemen-elemen struktur rangka atap akibat kombinasibeban mati dan beban hidup (COMB1), pilih menu Display kemudian Show Forces/Stresses, danFrames/Cable. Pada kotak Member Force Diagram for Frames Shape masukkan data sbb. :


13/14

Case/Combo Name : COMB1Component : Axial Force

Scaling : AutoOptions : Show Values on Diagram

Klik OK.

Gambar 18. Gaya batang pada struktur atap akibat beban mati + beban hidup (COMB1)

Untuk menampilkan reaksi-reaksi di tumpuan akibat kombinasi beban mati dan beban hidup(COMB1), pilih menu Display kemudian Show Forces/Stresses, dan Joints. Pada kotak Joint

Reactions Forces masukkan data sbb. :

Case/Combo Name : COMB1Type : Show as Arrows

Klik OK.

Gambar 19. Reaksi-reaksi di tumpuan akibat beban mati + beban hidup (COMB1)

11. Melakukan Desain Struktur

Setelah dilakukan analisis struktur, untuk selanjutnya dapat dilakukan desain struktur untuk

memeriksa apakah dimensi dari elemen-elemen struktur yang dipilih, cukup kuat menahanbeban-beban yang bekerja pada struktur. Untuk melakukan desain struktur, dilakukan sbb. :

Pilih menu Options, kemudian Preferences dan Steel Frame Design.

Pada kotak Steel Frame Design Preferences masukkan data :

Design Code : AISC-ASD89

Framing Type : Braced FrameLateral Factor : 1.3


14/14

Stress Ratio Limit : 1Klik OK.

Pilih menu Design, kemudian Steel Frame Design dan Select Design Combos. Pada kotak

Design Load Selections Combination masukkan data :

Design Combos : COMB1: COMB2

: COMB3Klik OK.

Pilih menu Design, kemudian Steel Frame Design dan Start Design/Check of Structure. Perintah

ini akan menyebabkan SAP2000 menghitung nilai rasio tegangan (stress ratio) dari setiap elemenstruktur.

Untuk menampilkan nilai rasio tegangan, pilih menu Design, kemudian Steel Frame Design dan

Display Design Info.

Pada kotak Display Steel Design Result, pilih Design Output : P-M Colors & Values. Klik OK.

Gambar 20. Rasio tegangan (stress ratio) pada elemen-elemen struktur rangka atap

Analisis Desain Struktur Rangka Atap

Documents

Transcript of Analisis Desain Struktur Rangka Atap