BAB 5 DESAIN DAN ANALISIS SAMBUNGAN - · PDF fileGambar 5.1 Lokasi joint sambungan baja ringan...
Transcript of BAB 5 DESAIN DAN ANALISIS SAMBUNGAN - · PDF fileGambar 5.1 Lokasi joint sambungan baja ringan...
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 1 Delta R Putra ( 15003124 )
BAB 5
DESAIN DAN ANALISIS SAMBUNGAN
Bab ini akan membahas kapasitas sambungan rangka baja ringan terhadap gaya-gaya
dalam yang merupakan hasil analisis struktur rangka baja ringan pada pemodelan bab
sebelumnya.
5.1 DESAIN SAMBUNGAN RANGKA ATAP
Gambar 5.1 menjelaskan lokasi joint-joint yang akan dianalisis. Joint-joint tersebut dipilih
untuk mewakili lokasi-lokasi lain yang sejenis.
Gambar 5.1 Lokasi joint sambungan baja ringan yang akan dianalisis
5.1.1 Sambungan pada Joint 1
Pada joint 1, terdapat hubungan sambungan antara batang tekan A1 dengan batang tarik
B1. Bentuk hubungan sambungan tersebut diilustrasikan dalam gambar berikut :
1
2
3
4
5
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 2 Delta R Putra ( 15003124 )
Gambar 5.2 Sambungan pada joint 1
Contoh desain sambungan diberikan pada gambar 5.3
Gambar 5.3 Contoh sambungan pada bagian heel
Desain Sambungan Sekrup
1. Kapasitas Geser
Batang Tekan A1
Pelubangan dengan sekrup
t2 / t1 = 1,0 ≤ 1,0
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 3 Delta R Putra ( 15003124 )
• ( ) 373,16399550*3,6*22,4 3 ==bV N
• 18711550*3,6*2*7,2 ==bV N
• 18711550*3,6*2*7,2 ==bV N
Yang menentukan adalah kondisi tilting, maka Vb = 16399.373 N
φ Vb = 0,5*16399.373 = 8199,69 N
Kapasitas geser desain sekrup disyaratkan sebesar 1,25*8199,69 = 10249,61 N
Kuat geser self-drilling screw no.14 tipe CSD = 0,6*18900 N
= 11340 N≤ 10249,61 N OK!
Jumlah sekrup yang dibutuhkan
ns = b
u
VPφ
ns = 578,461,10249
49041≈= sekrup
cek kapasitas geser sekrup
5 * 10249,61 N ≥ 49640,6 N
51248,05 N ≥ 49640,6 N OK!
Batang Tarik B1
Pelubangan dengan sekrup
t2 / t1 = 1,0 ≤ 1,0
• ( ) 373,16399550*3,6*22,4 3 ==bV N
• 18711550*3,6*2*7,2 ==bV N
• 18711550*3,6*2*7,2 ==bV N
Yang menentukan adalah kondisi tilting, maka Vb = 16399.373 N
φ Vb = 0,5*16399.373 = 8199,69 N
Kapasitas geser desain sekrup disyaratkan sebesar 1,25*8199,69 = 10249,61 N
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 4 Delta R Putra ( 15003124 )
Kuat geser 1 self-drilling screw no.14 = 11340 N ≥ 10249,61 N OK!
Jumlah sekrup yang dibutuhkan
ns = b
u
VPφ
ns = 4006,361,1024968,30809
≈= sekrup
Jumlah sekrup yang diperlukan pada joint 1 sebanyak 5 buah sekrup no.14. tipe
CSD
Cek Kapasitas Sambungan
Ns * 10249,61 N > 49041 N
5 * 10249,61 N > 49041 N
51248,04 N > 49041 N
2. Kapasitas tarik sekrup
Batang Tekan A1
a. Pull Out
Nou = 0,85*2*6,3*550 = 5890,5 N
b. Pull Over
Nov = 1,5*2*12,7*550 = 10477,5 N
Pull Out lebih menentukan sehingga Nt = 5890,5 N
φ = 0,5 φ Nt = 0,5 * 5890,5 N = 2945 N
Kuat tarik desain sekrup disyaratkan sebesar 1,25 x 2945 = 3681,25 N
Batang Tarik B1
a. Pull Out
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 5 Delta R Putra ( 15003124 )
Nou = 0,85*2*6,3*550 = 5890,5 N
b. Pull Over
Nov = 1,5*2*12,7*550 = 10477,5 N
Pull Out lebih menentukan sehingga Nt = 5890,5 N
φ = 0,5 φ Nt = 0,5 * 5890,5 N = 2945 N
Kuat tarik desain sekrup disyaratkan sebesar 1,25 x 2945 = 3681,25 N
3. Kapasitas Tarik elemen pada bagian sambungan
Batang Tarik B1
Nu = 30809,68 N
L = 1278 mm
065.03,944165
68,30809==fr 065.0=fr
26455026455025
3,6065.0*5,2065,00,1 ×≤×⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ×
+−=tN
264550264*550*975,0 ×≤=tN
48,141693=tN N
96,9210048,141693*65,0* ==tN N ≥ Nu = 30809,68 N OK!
4. Persyaratan jarak pemasangan sekrup
a. Jarak antar sekrup (ctc)
• Jarak antar pusat sekrup didesain seragam sebesar 25 mm > 3d (18,9 mm)
OK!
b. Jarak pusat sekrup dengan tepi elemen (tranversal)
• Jarak pusat sekrup dengan tepi elemen didesain paling pendek
adalah 12 mm > 1,5d (9,45 mm)
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 6 Delta R Putra ( 15003124 )
Detail pemasangan sekrup pada joint 1 digambarkan sebagai berikut :
Gambar 5.4 Detail pemasangan sekrup pada joint 1
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 7 Delta R Putra ( 15003124 )
5.1.2 Sambungan pada Joint 2
Pada joint 2, terdapat hubungan sambungan antara batang tekan A9, batang tekan A10,
batang web C16, dan batang web C17. Bentuk hubungan sambungan tersebut diilustrasikan
dalam gambar berikut :
Gambar 5.5 Sambungan pada joint 2
Untuk mengondisikan agar titik kumpul gaya aksial bertemu pada satu titik, gusset plate
dipakai pada joint 2. Sambungan di atas berbentuk simetris sehingga analisis akan
dilakukan pada salah satu sisi sambungan. Sambungan yang akan dianalisis adalah
sambungan antara batang tekan A9 dengan web C16 atau sambungan batang tekan A10
dengan web C17. Gaya dalam maksimum yang terjadi antara kedua sisi sambungan tidak
jauh berbeda. Pada batang tekan A9 dan A10 diperoleh gaya tekan sebesar 28841,2 N dan
28803,4 N. Sedangkan pada web C16 dan C17 diperoleh gaya dalam maksimum sebesar
9061,9 N dan 9024,3 N. Nilai gaya dalam yang dipakai dalam analisis kapasitas
sambungan adalah gaya dalam yang lebih besar. Sisi sambungan yang akan didesain adalah
joint pada batang tekan A10 dengan web C17.
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 8 Delta R Putra ( 15003124 )
1. Kapasitas Geser
Pada saat mendesain sambungan sekrup pada joint ini nilai t2 (ketebalan gusset
plate) belum ditentukan. Joint 2 didesain sedemikian rupa sehingga kapasitas geser
ditentukan oleh bearing pada profil paling atas (C17 t1=0,8 mm)
Batang Tekan A10
Pelubangan dengan sekrup
t2 / t1 > 1 (asumsi) dengan demikian kondisi tilting tidak menentukan
Kapasitas geser ditentukan oleh bearing pada batang tekan A10.
• 8,14968550*3,6*6,1*7,2 ==bV N
φ Vb = 0,5*14968,8 = 7484,4 N
Kekuatan geser sekrup disyaratkan sebesar 1,25*7484,4 = 9355,5 N
Kuat geser self-drilling screw no.14 = 11340 N ≥ 9355,5 N OK!
Jumlah sekrup yang dibutuhkan
ns = b
u
VPφ
ns = 4083,35,9355
28841,2≈= sekrup
Cek kapasitas sambungan
4 * 9355,5 N ≥ 28841,2 N
37422 N ≥ 28841,2 N OK!
Joint batang tekan A10 dan A9 dengan gusset plate memerlukan 4 buah sekrup no 14 tipe
CSD.
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 9 Delta R Putra ( 15003124 )
Web C17
Pelubangan dengan sekrup
t2 / t1 > 2,5 mode kegagalan sambungan didesain sedemikian rupa sehingga
kapasitas bearing pada web 17 yang menentukan.
• 4,7484550*3,6*8,0*7,2 ==bV N
φ Vb = 0,5*7484,4 = 3742,2 N
Kekuatan geser sekrup disyaratkan sebesar 1,25*3742,2 = 4677,75 N
Kuat geser self-drilling screw no.14 tipe CSD = 11340 N ≥ 4677,75 N OK!
Jumlah sekrup yang dibutuhkan
ns = b
u
VPφ
ns = 286,175,46773,8869
≈= sekrup
Cek kapasitas geser sekrup
2 * 4677,75 N ≥ 9061,9 N
9355,5 N ≥ 9061,9 N OK!
Joint batang tekan Web C16 dan Web C17 dengan gusset plate memerlukan 2 buah sekrup
no 14 tipe CSD.
2. Kapasitas Tarik Sekrup
Batang Tekan A10
a. Pull Out
Nou = 0,85*2*6,3*550 = 5890,5 N
b. Pull Over
Nov = 1,5*2*12,7*550 = 20955 N
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 10 Delta R Putra ( 15003124 )
Pull Out lebih menentukan sehingga Nt = 5890,5 N
φ = 0,5 φ Nt = 0,5 * 5890,5 N = 2945,25 N
Kuat tarik sekrup disyaratkan sebesar 1,25 x 2945,25 = 3681,56 N
Web C17
a. Pull Out
Nou = 0,85*0,8*6,3*550 = 2356,2 N
b. Pull Over
Nov = 1,5*0,8*12,7*550 = 8382 N
Pull Out lebih menentukan sehingga Nt = 2356,2 N
φ = 0,5 φ Nt = 0,5 * 2356,2 N = 1178,1 N
Kuat tarik sekrup disyaratkan sebesar 1,25 x 1178,1 = 1472,62 N
3. Kapasitas tarik pelat pada sambungan
Web C17
Nu = 9061,9 N (tarik)
L = 2216 mm
154,028,293262
9061,9==fr
82550825500,35
80,4151,0*5,2151,00,1 ×≤×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ×+−=tN
8255082*550*92,0 ×≤=tN
82,41561=tN N
05,2701582,41561*65,0* ==tN N ≥ Nu = 9061,9 N (OK!)
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 11 Delta R Putra ( 15003124 )
(a) (b)
Gambar 5.6 (a) Detail pemasangan sekrup pada joint 2 (b) Area whitmore pada joint 2
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 12 Delta R Putra ( 15003124 )
Desain Gusset Plate pada Joint 2
a. Kapasitas leleh area Whitmore gusset plate dan Fraktur pada net area
1. Batang tekan A9 dan A10 (28841,2 N tekan)
• Kondisi tekan
Lgw = 2x20 tan 30o + 25 + 6,3 = 54,4 mm (gambar 5.6 (b))
un NTt ≥φ
0,85 * Lgw * tg * 345 > 28841,2 N(tekan)
0,85 * 54,4 * tg * 345 > 28841,2 N
tg > 1,807 mm ∼ 1,9 mm
• Fraktur
un NTt ≥φ
0,75 * Lgw – 2x6,3 * tg * 345 > 28841,2 N(tekan)
0,75 * 41,8 * tg * 414 > 28841,2 N
tg > 2,22 mm ∼ 2,3 mm
2. Web C16 dan C17 9061,9 N (tarik)
Lgw = 2x20 tan30o + 6,3 = 29,4 (gambar 5.6 (b))
• Kondisi tarik
un NTt ≥φ
0,9 * Lgw * tg * 345 > 9061,9 N (tarik)
0,9 * 29,4 * tg * 345 > 9061,9 N
tg > 0,99 mm ∼ 1 mm
• Kondisi tekan
un NTt ≥φ
0,85 * Lgw * tg * 345 > 9061,9 N (tekan)
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 13 Delta R Putra ( 15003124 )
0,85 * 29,4 * tg * 345 > 9061,9 N
tg > 1,05 mm ∼ 1,1 mm
• Fraktur
un NTt ≥φ
0,75 * 29,4 – 6.3 * tg * 414 > 9061,9 N (tarik)
0,75 * 23,1 * tg * 414 > 9061,9 N
tg > 1,26 mm ∼ 1,3 mm
Dari perhitungan kapasitas leleh dan fraktur pada net area Whitmore pada gusset plate,
diperoleh ketebalan gusset plate yang diperlukan sebesar 2,3 mm.
b. Buckling pada gusset plate
Penghitungan ketebalan gusset plate berdasarkan kegagalan tekuk
1. Batang tekan A9 dan A10 disambung berhimpitan. Gaya aksial disalurkan tidak
melalui gusset plate (Jarak kolom buckle gusset plate =0 mm). Kegagalan tekuk
ditentukan oleh kapasitas tekan profil A9 dan A10.
2. Web C16 dan Web C17 (jarak ke titik pusat gaya ke ujung elemen C9 = C8 =
72,6 mm). Asumsi yang diambil, gaya tekan yang dialami = 9061,9 N
Pcr = gwArKL
E)/( 2
2π
dengan,
K = 1,2
L = 72,6 mm
t = 2,3 mm
A = 25,4 x 2,3 = 58,42 mm2
I = 1/12 x 25,4 x 2,33 = 25,72 mm4
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 14 Delta R Putra ( 15003124 )
r = 66,042,5872,25 ==
gwAI
Pcr = 42,58.)66,0/6,72.2,1(
200000.14,32
2
= 6611,54 N < 9061,9 N Not OK!
Ketebalan gussetplate ditingkatkan menjadi 2,6 mm
t = 2,6 mm
A = 25,4 x 2,6 = 66,04 mm2
I = 1/12 x 25,4 x 2,63 = 37,2 mm4
r = 75,004,662,37 ==
gwAI
Pcr = 04,66.)75,0/6,72.2,1(
200000.14,32
2
= 9651,24 N > 9061,9 N OK!
Setelah ketebalan gusset plate ditingkatkan menjadi 2,6 mm, ketebalan tersebut
memenuhi persyaratan minimal berdasarkan mode kegagalan tekuk pada gusset
plate.
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 15 Delta R Putra ( 15003124 )
Gambar 5.7 dimensi kolom buckle gusset plate pada joint 2
c. Buckling pada bagian tepi gusset plate
Pada joint 2 tidak terdapat tepi bebas. Oleh karena itu, ketebalan gusset plate sebesar
2,6 mm memiliki kapasitas yang cukup untuk menyambung keempat elemen tersebut.
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 16 Delta R Putra ( 15003124 )
5.1.3 Sambungan pada Joint 3
Pada joint 3, terdapat hubungan sambungan antara batang tekan A5, batang tekan A6, batang
web C8, batang web C9, dan batang horizontal D1. Bentuk desain awal sambungan tersebut
diilustrasikan dalam gambar berikut :
Gambar 5.8 Desain awal joint 3
Batang A5, Batang C8, dan C9 disusun sedemikian rupa sehingga menjadi sambungan dengan
irisan ganda.
1. Kapasitas Geser
Sekrup dipasang dengan kepala sekrup memiliki kontak dengan batang C8 dan penetrasi
terakhir pada batang tekan A5. Dengan demikian, ketebalan batang C8 dianggap sebagai
t1 dan ketebalan batang tekan A5 sebagai t2. Profil Batang C9 merupakan profil batang C8
yang ditumpuk dan memiliki gaya dalam maksimum sebesar 5274,4 N (tarik) untuk
batang C8 dan 2839,58 N (tekan) untuk batang C9. Batang tekan A5 (profil 2-74x33Z10)
gaya dalam maksimum 49743,4 N (tekan).
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 17 Delta R Putra ( 15003124 )
Batang tekan A5, Web C8, dan Web C9
t2 / t1 ≥ 2,5 (mode kegagalan bearing yang menentukan)
• ( ) 37,16399550*3,6*22,4 3 ==bV N (tilting)
• 4,7484550*3,6*8,0*7,2 ==bV N (bearing 1 – batang C8)
• 8,14968550*3,6*6,1*7,2 ==bV N (bearing 1 – batang C9)
• 18711550*3,6*2*7,25 ==AbV N (bearing 2)
Kondisi bearing 1 yang menentukan sehingga Vb = 4,7484 N
φ Vb = 0,5* 4,7484 = 3742,2 N
Kapasitas geser desain sekrup disyaratkan sebesar 1,25 * 3742,2 = 4677,75 N
Kuat geser self-drilling screw no.14 tipe CSD = 0,6*18900 = 11340 N ≥ 4677,75 N OK!
Jumlah sekrup yang dibutuhkan
a. Gaya dalam pada web C8
ns = b
u
VPφ
ns = 213,175,46774,5274
≈= sekrup
b. Gaya dalam pada web C9
ns = b
u
VPφ
ns = 2607,075,467758,2839
≈= sekrup
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 18 Delta R Putra ( 15003124 )
c. Gaya dalam pada batang tekan A5
ns = b
u
VPφ
,
ns = 1163,1075,4677
4,49743≈= sekrup
Cek Kapasitas Sambungan
Ns * 4677,75 N > 49743,4 N
11 * 4677,75 N > 49743,4 N
51455,25 N > 49743,4 N OK!
Syarat jarak pemasangan sekrup
Syarat jarak pemasangan antar pusat sekrup adalah 3d = 3 x 6,3 mm = 18,9 m
Syarat jarak pemasangan antara pusat sekrup dengan tepi elemen adalah 1,5d = 1,5 x 6,3
= 9,45 mm
Jumlah sekrup yang dibutuhkan mencapai 11 buah dengan menggunakan sekrup
berdiameter 6,3 mm. Ruang yang tersedia untuk pemasangan sekrup pada sambungan
tiga elemen tersebut tidak dapat memenuhi persyaratan jarak pemasangan. Sehingga
diperlukan gusset plate untuk pemasangan sekrup tersebut
Batang Horizontal D1 dan Batang tekan A6
t2 / t1 = 2,5 t2/t1 ≥ 2,5 (mode kegagalan bearing lebih menentukan)
• ( ) 37,16399550*3.6*22,4 3 ==bV N (Vbtilting)
• 4,7484550*3,6*8,0*7,2 ==bV N (Vbearing1)
• 18711550*3,6*2*7,26 ==AbV N (Vbearing2)
Nilai Vb yang menentukan ada pada kondisi bearing 1
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 19 Delta R Putra ( 15003124 )
φ Vb = 0,5 * 7484,4 N = 3742,2 N
Kekuatan geser sekrup disyaratkan sebesar 1,25 * 3742,2 N = 4677,75 N
Kuat geser self-drilling screw no.14 tipe CSD = 11340 N ≥ 4677.75 N OK!
Vb yang menentukan adalah Vb bearing 1 = 4677,75 N
Jumlah sekrup yang dibutuhkan
a. Gaya dalam pada batang horizontal D1 (memakai sekrup no.8)
ns = b
u
VPφ
ns = 299,175,467758,9345
≈= sekrup
b. Gaya dalam pada batang tekan A6
ns = b
u
VPφ
ns = 896,775,4677
1,37255≈= sekrup
Syarat jarak pemasangan sekrup
Syarat jarak pemasangan antar pusat sekrup adalah 3d = 3 x 6,3 mm = 18,9 m
Syarat jarak pemasangan antara pusat sekrup dengan tepi elemen adalah 1,5d = 1,5 x 6,3
= 9,45 mm
Jumlah sekrup yang dibutuhkan mencapai 9 buah sekrup no 14 tipe CSD. Ruang yang
tersedia untuk pemasangan sekrup pada sambungan tersebut dapat memenuhi persyaratan
jarak pemasangan.
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 20 Delta R Putra ( 15003124 )
2. Kapasitas Tarik Sekrup
Web C8, Web C9, dan Batang Tekan A5
c. Pull Out
Nilai tc diambil sebesar ketebalan minimal penetrasi sekrup pada joint 3 (0,8mm)
Nou = 0,85*0,8*6,3*550 = 2356,2 N/sekrup
d. Pull Over
Nov = 1,5*0,8*12,7*550 = 8382 N/sekrup
Pull Out lebih menentukan sehingga Nt = 2356,2 N
φ = 0,5 φ Nt = 0,5 * 2356,2,2 N = 1178,1 N/sekrup
Kuat tarik sekrup desain disyaratkan sebesar 1,25 x 1178,1 = 1472,62 N
Batang Horizontal D1 dan Batang Tekan A6
a. Pull Out
Nou = 0,85*0,8*6,3*550 = 2356,2 N/sekrup
b. Pull Over
Nov = 1,5*0,8*12,7*550 = 8382 N/sekrup
Pull Out lebih menentukan sehingga Nt = 2356,2 N/sekrup
φ = 0,5 φ Nt = 0,5*2356,2 N = 1178,1 N
Kuat tarik sekrup disyaratkan sebesar 1,25 x 1178,1 = 1472,62 N
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 21 Delta R Putra ( 15003124 )
3. Kapasitas tarik elemen pada bagian sambungan
Web C8
Nu = 5274,4 N (tarik)
L = 2351 mm
089,03,293262
4,5274==fr
825508255020
3,6089,0*5,2089,00,1 ×≤×⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ×
+−=tN
8255082*550*98,0 ×≤=tN
63,44256=tN N
81,2876663,44256*65,0* ==tN N ≥ Nu = 5274,4 N (OK!)
Desain sambungan dengan gusset plate pada joint 3
Pelat sambung yang digunakan adalah pelat baja ASTM 572 grade 50 (Fy = 345 MPa;Fu = 414
MPa). Jumlah sekrup yang diperlukan sudah diketahui sehingga langkah berikutnya adalah
menentukan ketebalan gusset plate untuk menyambung 5 elemen (batang A5, A6, C8, C9,dan
D1).
a. Kapasitas leleh area Whitmore gusset plate dan Fraktur pada net area
1. Batang tekan A5 (49743,4 N tekan)
• Kondisi tekan
Lgw = 2x60 tan 30o + 2x20 + 6,3 = 115,6 mm (dari gambar 5.9)
un NTt ≥φ
0,85 * Lgw * tg * 345 > 49743,4 N(tekan)
0,85 * 115,6 * tg * 345 > 49743,4 N
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 22 Delta R Putra ( 15003124 )
tg > 1,47 mm ∼ 1,5 mm
• Fraktur
un NTt ≥φ
0,75 * Lgw – 3x6,3 * tg * 345 > 49743,4 N(tekan)
0,75 * 96,7 * tg * 414 > 49743,4 N
tg > 1,66 mm ∼ 1,7 mm
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 23 Delta R Putra ( 15003124 )
Gambar 5.9 Sambungan dengan gusset plate pada joint 3
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 24 Delta R Putra ( 15003124 )
Gambar 5.10 Detail sambungan dengan gusset plate pada joint 3
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 25 Delta R Putra ( 15003124 )
Gambar 5.11 Area Whitmore pada joint 3
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 26 Delta R Putra ( 15003124 )
2. Batang tekan A6 (37255,1 N tekan)
• Kondisi tekan
Lgw = 2 x 80 tan 30o + 19,5 + 20 + 6,3 = 138,2 mm (gambar 5.9)
un NTt ≥φ
0,85 * Lgw * tg * 345 > 37255,1 N (tekan)
0,85 * 138,2 * tg * 345 > 37255,1 N
tg > 0,94 mm ∼ 1 mm
• Fraktur
un NTt ≥φ
0,75 * Lgw – 3x6,3 * tg * 414,4 > 37255,1 N (tekan)
0,75 * 99,3 * tg * 414 > 37255,1 N
tg > 1,21 mm ∼ 1,3 mm
3. Web C8 dan C9 5274,4 N (tarik) dan 2839,58 N (tekan)
Lgw = 2x20 tan30o + 6,3 = 29,4 (dari gambar 5.9)
• Kondisi tarik
un NTt ≥φ
0,9 * Lgw * tg * 345 > 5274,4 N (tarik)
0,9 * 29,4 * tg * 345 > 5274,4 N
tg > 0,57 mm
• Kondisi tekan
un NTt ≥φ
0,85 * Lgw * tg * 345 > 2839,58 N (tekan)
0,85 * 29,4 * tg * 345 > 2839,58 N
tg > 0,33 mm
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 27 Delta R Putra ( 15003124 )
• Fraktur
un NTt ≥φ
0,75 * 29,4 – 6.3 * tg * 414 > 5274,4 N (tarik)
0,75 * 23,1 * tg * 414 > 5274,4 N
tg > 0,73 mm
Dari perhitungan kapasitas leleh dan fraktur pada net area Whitmore pada gusset plate,
diperoleh ketebalan gusset plate yang diperlukan sebesar 1,7 mm.
b. Buckling pada gusset plate
Penghitungan ketebalan gusset plate berdasarkan kegagalan tekuk
3. Batang tekan A5 dan A6 disambung berhimpitan. Gaya aksial disalurkan tidak
melalui gusset plate (Jarak kolom buckle gusset plate=0 mm). Kegagalan tekuk
ditentukan oleh kapasitas tekan profil A5 dan A6.
4. Web C9 (jarak ke titik pusat gaya ke ujung elemen C9 = 50,5 mm)
Pcr = gwArKL
E)/( 2
2π
dengan,
K = 1,2
L = 50,5 mm
t = 1,7 mm
A = 25,4 x 1,7 = 43,18 mm2
I = 1/12 x 25,4 x 1,73 = 10,39 mm4
r = 49,018,4339,10 ==
gwAI
Pcr = 18,43.)49,0/50.2,1(
200000.14,32
2
= 5678,86 N > 2839,58 N OK!
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 28 Delta R Putra ( 15003124 )
5. Web C8 (jarak ke titik temu gaya = 96,9 mm)
Pcr = gwArKL
E)/( 2
2π
dengan,
K = 1,2
L = 96,9 mm
t = 1,7 mm
A = 25,4 x 1,7 = 43,18 mm2
I = 1/12 x 25,4 x 1,73 = 10,39 mm4
r = 49,018,4339,10 ==
gwAI 0.66
Pcr = 18,43.)49,0/9,96.2,1(
200000.14,32
2
= 1512,0 N < 2839,58N Not OK!
Ketebalan gusset plate ditingkatkan hingga tg = 2,1 mm
t = 2,1 mm
A = 25,4 x 2,1 = 53,34 mm2
I = 1/12 x 25,4 x 2,13 = 19,6 mm4
r = 606,034,536,19 ==
gwAI
Pcr = 34,53.)606,0/9,96.2,1(
200000.14,32
2
= 2858,84 N > 2839,58 N OK!
Tebal gusset plate berdasarkan kegagalan buckling adalah 2,1 mm.
c. Buckling pada bagian tepi gusset plate
Lft = 41,1 mm (gambar 5.13)
y
ft
FE
tL
75,0≤ = 34520000075,0
1,21,41≤
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 29 Delta R Putra ( 15003124 )
19,57 ≥ 18,06 Not OK!
Naikkan nilai tg menjadi 2,3 mm
34520000075,0
3,21,41≤
17,86 ≤ 18,06 OK!
Ketebalan gusset plate sebesar 2,3 mm memiliki kapasitas yang cukup untuk
menghindari terjadinya tekuk pada bagian free edge gusset plate.
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 30 Delta R Putra ( 15003124 )
Gambar 5.12 Kolom buckle batang C9 Gambar 5.13 Kolom buckle batang C8
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 31 Delta R Putra ( 15003124 )
5.4 Sambungan pada Joint 4
Pada joint 4, terdapat hubungan sambungan antara batang tarik B16, batang tarik B17, batang
web C31, dan batang web C32. Bentuk hubungan sambungan tersebut diilustrasikan dalam
gambar berikut
Gambar 5.14 Sambungan pada joint 4
Berikut adalah gambar contoh desain sambungan tipikal dengan joint 4
Gambar 5.15 Contoh sambungan tipikal dengan joint 4
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 32 Delta R Putra ( 15003124 )
1. Kapasitas Geser
Web C31 dan Batang tarik B16
t2 / t1 = 2,5 t2/t1 ≥ 2,5
• ( ) 37,16399550*3,6*22,4 3 ==bV N (tilting tidak menentukan)
• 4,7484550*3,6*8,0*7,21 ==bV N (bearing 1)
• 18711550*3,6*2*7,22 ==bV N (bearing 2)
Nilai Vbearing yang menentukan adalah Vbearing 1 = 7484,4 N
φ Vb = 0,5*7484,4 = 3742,2 N
Kekuatan tumpu pelat pada sekrup disyaratkan sebesar 1,25 * 3742,2 = 4677,75 N
Kuat geser 1 self-drilling screw no. 14 tipe CSD = 11340 N ≥ 4677,75 N OK!
Jumlah sekrup yang dibutuhkan
a. Gaya dalam pada web C31
ns = b
u
VPφ
ns = 2596,175,46774,7465
≈= sekrup
b. Gaya dalam pada batang tarik B16
ns = b
u
VPφ
,
ns = 895,775,467797,37184
≈= sekrup
Sambungan antara batang tarik B16 dan web C31 membutuhkan 8 buah sekrup no.14 tipe
CSD
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 33 Delta R Putra ( 15003124 )
Web C32 dan Batang tarik B17
t2 / t1 = 2,5 t2/t1 ≥ 2,5
• ( ) 37,16399550*3,6*22,4 3 ==bV N (tilting tidak menentukan)
• 4,7484550*3,6*8,0*7,21 ==bV N (bearing 1)
• 18711550*3,6*2*7,22 ==bV N (bearing 2)
Nilai Vbearing yang menentukan adalah Vbearing 1 = 7484,4 N
φ Vb = 0,5*7484,4 = 3742,2 N
Kekuatan tumpu pelat pada sekrup disyaratkan sebesar 1,25 * 3742,2 = 4677,75 N
Kuat geser 1 self-drilling screw no. 8 tipe CSD = 5076 N ≥ 4677,75 N OK!
Vb yang menentukan adalah Vb = 4677,75 N
Jumlah sekrup yang dibutuhkan
a. Gaya dalam pada web C32
ns = b
u
VPφ
ns = 2364,075,467734,1702
≈= sekrup
b. Gaya dalam pada batang tarik B17
ns = b
u
VPφ
,
ns = 763,675,4677
30998≈= sekrup
Sambungan antara batang tarik B17 dan web C32 membutuhkan 6 buah sekrup no.8 tipe
CSD
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 34 Delta R Putra ( 15003124 )
2. Kapasitas Tarik Sekrup
Web C31
a. Pull Out
Nou = 0,85*2*6,3*550 = 5890,5 N
b. Pull Over
Nov = 1,5*0,8*12,7*550 = 8382 N
Pull Out lebih menentukan sehingga Nt = 5890,5 N
φ = 0,5 φ Nt = 0,5 * 5890,5 N = 2945,25 N
Kuat tarik sekrup desain disyaratkan sebesar 1,25 x 2945,25 = 3681,56 N
Web C32
c. Pull Out
Nou = 0,85*2*6,3*550 = 5890,5 N
d. Pull Over
Nov = 1,5*0,8*12,7*550 = 8382 N
Pull Out lebih menentukan sehingga Nt = 5890,5 N
φ = 0,5 φ Nt = 0,5 * 5890,5 N = 2945,25 N
Kuat tarik sekrup desain disyaratkan sebesar 1,25 x 2945,25 = 3681,56 N
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 35 Delta R Putra ( 15003124 )
3. Kapasitas tarik pelat pada bagian sambungan
Web C32
Nu = 1702,34 N (tarik)
L = 447 mm
008,03,293267
34,1702==fr 008,0=fr
82550825500,35
3,6008,0*5,2008,00,1 ×≤×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ×+−=tN
8255082*550*99,0 ×≤=tN
1,44894=tN N
3,291811,44894*65,0* ==tN N ≥ Nu = 1702,4 N OK!
B16
Nu = 37184,97 N (tarik)
05,03,944168
97,37184==fr 05,0=fr
2645502645500,25
3,605,0*5,205,00,1 ×≤×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ×+−=tN
8255082*550*98,0 ×≤=tN
2,142555=tN N
86,926605,142555*65,0* ==tN N ≥ Nu = 37184,97 N OK!
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 36 Delta R Putra ( 15003124 )
Gambar 5.16 Detail pemasangan sekrup pada joint 4
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 37 Delta R Putra ( 15003124 )
5.1.5 Sambungan pada Joint 5
Pada joint 5, terdapat sambungan antara batang web C23, batang horizontal D14, dan
batang horizontal D15. Bentuk hubungan sambungan tersebut diilustrasikan dalam gambar
berikut :
Gambar 5.17 Sambungan pada joint 5
Pada joint ini, sambungan hanya berfungsi sebagai pengikat. Untuk itu digunakan jumlah
baut minimum. Jumlah sekrup yang direncanakan pada joint 5 adalah 3 buah, dengan
lokasi pemasangan sekrup diilustrasikan dalam gambar berikut :
Gambar 5.18 Detail pemasangan sekrup pada joint 5
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 38 Delta R Putra ( 15003124 )
5.2 DESAIN SAMBUNGAN RANGKA ATAP TANPA MEMPERHITUNGKAN BEBAN GEMPA
Pada pemodelan rangka baja yang sama, analisis struktur dilakukan tanpa memasukkan
beban gempa statik ekivalen yang telah dihitung pada bab 4 ke dalam kombinasi
pembebanan. Hasil yang diperoleh ditampilkan pada lampiran. Gaya dalam maksimum
yang diperoleh pada tiap elemen memiliki nilai yang sama bila beban gempa dimasukkan.
Beban gempa yang dihitung dengan metode statik ekivalen tidak memberikan pengaruh
yang signifikan terhadap desain profil maupun sambungan.
Desain pada bab ini, desain sambungan memasukkan beban gempa dalam kombinasi
pembebanan. Gaya dalam maksimum yang diperoleh dari analisis software SAP
menghasilkan gaya dalam maksimum yang sama dengan pemodelan yang tidak
memperhitungkan beban gempa. Beban gempa statik ekivalen pada zona 4 tidak
mempengaruhi desain sambungan maupun desain profil.
Beban gempa statik ekivalen dihitung dengan rumus
tWR
ICV 1=
Dari persamaan tersebut, nilai yang paling mempengaruhi adalah Wt (massa total struktur).
Pemodelan yang dipakai dalam laporan ini berupa satu bay portal dua dimensi rangka baja
ringan sehingga massa struktur yang ikut diperhitungkan tidak terlalu besar. Nilai beban
gempa statik ekivalen zona 4 hingga zona 6 berkisar antara 473,692 kg hingga 609,033 kg.
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 39 Delta R Putra ( 15003124 )
5.3 MODE KEGAGALAN SAMBUNGAN
Pada bab ini ditampilkan proses desain sambungan rangka batang dengan menggunakan
sekrup no.14 (φ 6,3 mm) tipe CSD. Rangkuman desain sambungan sekrup dengan variasi
diameter (sekrup no.10 sampai dengan no.14) ditampilkan pada table 6.1 hingga table 6.4.
Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa hampir semua desain sambungan memiliki
kapasitas geser yang ditentukan oleh kapasitas bearing pelat yang langsung kontak dengan
kepala sekrup (fungsi dari t1). Hanya joint 1 yang memiliki kapasitas geser yang
ditentukan oleh mode kegagalan tilting (fungsi dari t2). Karakteristik joint 1 berada pada
bagian kurva yang berupa garis lengkung. Berdasarkan gambar 6.1, mode kegagalan ini
dicapai bila nilai t2 relatif kecil atau diameter sekrup yang dipakai terlalu kecil. Nilai Vb
berdasarkan mode kegagalan tilting dihitung menurut persamaan berikut:
Vbtilting = 23
2 ..2,4 uFdt (pers. 6.1)
Gambar 5.19 Mode kegagalan tilting dan bearing dengan peningkatan nilai t2
Dari persamaan tersebut diketahui bahwa perubahan nilai t2 lebih berpengaruh daripada
perubahan diameter sekrup. Mode kegagalan yang diinginkan adalah mode kegagalan
bearing pada pelat yang disambung. Pada mode kegagalan ini, nilai kapasitas geser desain
yang didapat lebih besar daripada nilai yang diperoleh dari mode kegagalan tilting
sehingga jumlah sekrup yang diperlukan lebih sedikit. Dengan demikian, pemasangan
sekrup lebih leluasa untuk memenuhi persyaratan jarak pemasangan sekrup. Ketebalan
profil seharusnya ditingkatkan (t2) agar mode kegagalan yang dicapai adalah kegagalan
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 40 Delta R Putra ( 15003124 )
bearing pada pelat yang disambung. Dengan persamaan tersebut, t2 harus dipertebal hingga
mencapai 2,2 mm agar mode kegagalan yang dicapai adalah kegagalan bearing pelat.
Tabel 5.1 Mode Kegagalan Sambungan berdasarkan nilai t2
Joint Pns (N) t2
(mm) Mode Joint 1 16399.37 2 Tilting Joint 2 14968.8 2.6 bearing 1 Joint 3 7484.4 2.6 bearing 1 Joint 4 7484.4 2 bearing 1
5.4 PENGARUH PENINGKATAN DIAMETER SEKRUP
Diameter yang makin besar jelas mengurangi jumlah sekrup yang diperlukan dalam
sambungan. Namun, pengurangan jumlah sekrup yang diperlukan cukup signifikan pada
elemen rangka batang yang menerima gaya dalam yang cukup besar. Dalam studi kasus ini
terlihat pada joint 3 dan joint 4
Joint 3
Batang A5 dengan Nu = 49743,4 N
φ 4,8 mm 14 sekrup
φ 5,4 mm 13 sekrup
φ 6,2 mm 11 sekrup
Joint 4
Batang B16 dengan Nu = 37184,97 N
φ 4,8 mm 11 sekrup
φ 5,4 mm 10 sekrup
φ 6,2 mm 8 sekrup
Pada elemen-elemen rangka batang yang menerima gaya dalam yang relatif lebih kecil,
perubahan diameter sekrup tidak terlalu berpengaruh pada jumlah sekrup yang dibutuhkan.
Kapasitas geser sambungan masih ditentukan oleh kapasitas bearing pelat yang disambung
(t1). Bahkan, pada elemen yang menerima gaya dalam yang cukup kecil, peningkatan
diameter sekrup tidak menghasilkan pengurangan jumlah sekrup yang diperlukan.
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 41 Delta R Putra ( 15003124 )
Tabel 5.2 Desain sambungan sekrup pada joint 1 dengan variasi diameter
t1 t2 Nu D Vb tilting Vb 1 Vb 2 Vdesain 1,25 f V Vs Joint 1 mm mm
t2/t1 (N) mm (N) (N) (N) (N)
Mode (N) (N)
Vs > Vdesain Nu/Vb n sekrup
49041.01 4.8 14314.55 14256 14256 14256 bearing 1 8910 6006 Not OK! ~ ~
5.4 15182.87 16038 16038 15182.87 bearing 1 9489.293 8664 Not OK! ~ ~ A1 2 2 1
6.3 16399.37 18711 18711 16399.37 tilting 10249.61 11340 OK! 4.785 5
30809.68 4.8 14314.55 14256 14256 14256 bearing 1 8910 6006 Not OK! ~ ~
5.4 15182.87 16038 16038 15182.87 bearing 1 9489.293 8664 Not OK! ~ ~ B1 2 2 1
6.3 16399.37 18711 18711 16399.37 tilting 10249.61 11340 OK! 3.006 4
Tabel 5.3 Desain sambungan sekrup pada joint 2 dengan variasi diameter
t1 t2 Nu D Vb tilting Vb 1 Vb 2 Vdesain 1,25 f V Vs Joint 2 mm mm
t2/t1 (N) mm (N) (N) (N) (N)
Mode (N) (N)
Vs > Vdesain Nu/Vb n sekrup
28841.23 4.8 21217.42 11404.8 18532.8 11404.8 bearing 1 7128 6006 Not OK! ~ ~
5.4 22504.47 12830.4 20849.4 12830.4 bearing 1 8019 8664 OK! 3.597 4 A9 1.6 2.6 1.63
6.3 24307.61 14968.8 24324.3 14968.8 bearing 1 9355.5 11340 OK! 3.083 4
28803.4 4.8 21217.42 11404.8 18532.8 11404.8 bearing 1 7128 6006 Not OK! ~ ~
5.4 22504.47 12830.4 20849.4 12830.4 bearing 1 8019 8664 OK! 3.592 4 A10 1.6 2.6 1.63
6.3 24307.61 14968.8 24324.3 14968.8 bearing 1 9355.5 11340 OK! 3.079 4
9061.9 4.8 21217.42 5702.4 18532.8 5702.4 bearing 1 3564 6006 OK! 2.543 3
5.4 22504.47 6415.2 20849.4 6415.2 bearing 1 4009.5 8664 OK! 2.260 3 C16 0.8 2.6 3.25
6.3 24307.61 7484.4 24324.3 7484.4 bearing 1 4677.75 11340 OK! 1.937 2
9024.3 4.8 21217.42 5702.4 18532.8 5702.4 bearing 1 3564 6006 OK! 2.532 3
5.4 22504.47 6415.2 20849.4 6415.2 bearing 1 4009.5 8664 OK! 2.251 3 C17 0.8 2.6 3.25
6.3 24307.61 7484.4 24324.3 7484.4 bearing 1 4677.75 11340 OK! 1.929 2
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 42 Delta R Putra ( 15003124 )
Tabel 5.4 Desain sambungan sekrup pada joint 3 dengan variasi diameter
t1 t2 Nu D Vb tilting Vb 1 Vb 2 Vdesain 1,25 f V Vs Joint 3 mm mm
t2/t1 (N) mm (N) (N) (N) (N)
Mode (N) (N)
Vs > Vdesain Nu/Vb n sekrup
49743.4 4.8 21217.42 5702.4 18532.8 5702.4 bearing 1 3564 6006 OK! 13.957 14
5.4 22504.47 6415.2 20849.4 6415.2 bearing 1 4009.5 8664 OK! 12.406 13 A5 0.8 2.6 3.25
6.3 24307.61 7484.4 24324.3 7484.4 bearing 1 4677.75 11340 OK! 10.634 11
37255.05 4.8 21217.42 5702.4 18532.8 5702.4 bearing 1 3564 6006 OK! 10.453 11
5.4 22504.47 6415.2 20849.4 6415.2 bearing 1 4009.5 8664 OK! 9.292 10 A6 0.8 2.6 3.25
6.3 24307.61 7484.4 24324.3 7484.4 bearing 1 4677.75 11340 OK! 7.964 8
5274.4 4.8 21217.42 5702.4 18532.8 5702.4 bearing 1 3564 6006 OK! 1.480 2
5.4 22504.47 6415.2 20849.4 6415.2 bearing 1 4009.5 8664 OK! 1.315 2 C8 0.8 2.6 3.25
6.3 24307.61 7484.4 24324.3 7484.4 bearing 1 4677.75 11340 OK! 1.128 2
2839.58 4.8 21217.42 5702.4 18532.8 5702.4 bearing 1 3564 6006 OK! 0.797 2
5.4 22504.47 6415.2 20849.4 6415.2 bearing 1 4009.5 8664 OK! 0.708 2 C9 0.8 2.6 3.25
6.3 24307.61 7484.4 24324.3 7484.4 bearing 1 4677.75 11340 OK! 0.607 2
9345.48 4.8 21217.42 5702.4 18532.8 5702.4 bearing 1 3564 6006 OK! 2.622 3
5.4 22504.47 6415.2 20849.4 6415.2 bearing 1 4009.5 8664 OK! 2.331 3 D1 0.8 2.6 3.25
6.3 24307.61 7484.4 24324.3 7484.4 bearing 1 4677.75 11340 OK! 1.998 2
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 43 Delta R Putra ( 15003124 )
Tabel 5.5 Desain sambungan sekrup pada joint 4 dengan variasi diameter
t1 t2 Nu D Vb tilting Vb 1 Vb 2 Vdesain 1,25 f V Vs Joint 4 mm mm
t2/t1 (N) mm (N) (N) (N) (N)
Mode (N) (N)
Vs > Vdesain Nu/Vb n sekrup
37184.97 4.8 14314.55 5702.4 14256 5702.4 bearing 1 3564 6006 OK! 10.433 11
5.4 15182.87 6415.2 16038 6415.2 bearing 1 4009.5 8664 OK! 9.274 10 B16 0.8 2 2.5
6.3 16399.37 7484.4 18711 7484.4 bearing 1 4677.75 11340 OK! 7.949 8
7465.4 4.8 14314.55 5702.4 14256 5702.4 bearing 1 3564 6006 OK! 2.095 3
5.4 15182.87 6415.2 16038 6415.2 bearing 1 4009.5 8664 OK! 1.862 2 C31 0.8 2 2.5
6.3 16399.37 7484.4 18711 7484.4 bearing 1 4677.75 11340 OK! 1.596 2
30997.99 4.8 14314.55 5702.4 14256 5702.4 bearing 1 3564 6006 OK! 8.698 9
5.4 15182.87 6415.2 16038 6415.2 bearing 1 4009.5 8664 OK! 7.731 8 B17 0.8 2 2.5
6.3 16399.37 7484.4 18711 7484.4 bearing 1 4677.75 11340 OK! 6.627 7
1702.34 4.8 14314.55 5702.4 14256 5702.4 bearing 1 3564 6006 OK! 0.478 2
5.4 15182.87 6415.2 16038 6415.2 bearing 1 4009.5 8664 OK! 0.425 2 C32 0.8 2 2.5
6.3 16399.37 7484.4 18711 7484.4 bearing 1 4677.75 11340 OK! 0.364 2
Keterangan :
t1 = ketebalan pelat yang kontak langsung dengan kepala sekrup
t2 = ketebalan pelat yang tidak berhubungan langsung dengan kepala sekrup
Nu = gaya dalam ultimit (Newton)
d = diameter sekrup
Vdesain = Nilai minimum dari Vtilting dan Vbearing
Vs = kuat geser sekrup (0,6 x Fusekrup)
n sekrup = jumlah sekrup yang diperlukan
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 44 Delta R Putra ( 15003124 )
5.5 PEMILIHAN PROFIL DOUBLE-Z DAN DOUBLE-C
Profil rangka batang yang digunakan untuk bottom chord dan top chord adalah profil
double z. Profil double z dipasang dengan cara menumpuk profil z tepat di atas profil yang
sama sehingga diperoleh ketebalan dua kali lipat dari satu section z. Profil kombinasi
tersebut disambung dengan sekrup.
Profil yang banyak dipakai sebagai elemen rangka baja ringan adalah profil C dan double
C (box). Sedangkan, profil z banyak dipakai sebagai gording yang menerima beban merata
dari atap. Profil C atau double-C memudahkan proses penyambungan dengan sekrup
karena tidak memerlukan banyak pemotongan flange untuk menyesuaikan dengan desain
sambungan. Profil double C (box) dengan dimensi tertentu mungkin mempunyai kapasitas
tarik, tekan, dan lentur yang sama dengan profil double Z. Namun, ketebalan pelat yang
diperoleh untuk keperluan desain sambungan tidak menjadi dua kali lipat seperti pada
profil double Z.
Berdasarkan kesimpulan sebelumnya, kapasitas sambungan ditentukan oleh kapasitas
bearing pelat. Semakin tebal pelat, kapasitas gesernya makin besar sehingga jumlah sekrup
yang diperlukan lebih sedikit. Tabel 6.5 hingga tabel 6.8 menggambarkan rangkuman
desain sambungan baja ringan bila dipakai profil double C. Pada joint 2 dan joint 3
dianggap tidak menggunakan gusset plate, sehingga t2 (bottom chord, top chord) adalah
ketebalan pelat batang tarik atau batang tekan. Asumsi yang diambil, profil C atau double-
C yang dipakai memiliki karakteristik penampang yang cukup (dimensi web dan flange
disesuaikan) agar dapat menerima gaya dalam maksimum. Namun, ketebalan profil dibuat
sama (t1 = 0,8 mm dan t2= 1mm)
Menurut perhitungan, kapasitas geser tiap sambungan ditentukan oleh mode kegagalan
tilting. Penurunan t2 hingga separuh nilai awal (double-z) membuat sambungan berada
pada kurva lengkung perbandingan tilting dengan bearing (gambar 5.19). Dengan
penurunan kapasitas geser sambungan maka jumlah sekrup yang dibutuhkan jadi lebih
banyak. Perbandingan jumlah sekrup yang diperlukan pada pemakaian profil C atau
double-C dengan profil double-Z ditampilkan pada tabel 6.5 hingga tabel 6.8
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 45 Delta R Putra ( 15003124 )
Tabel 5.6 Desain sambungan sekrup pada profil C atau double-C pada joint 1
t1 t2 Nu D Vb tilting Vb 1 Vb 2 Vdesain 1,25 f V Vs n sekrup nsekrup Joint 1
mm mm t2/t1
(N) mm (N) (N) (N) (N) Mode
(N) (N)
Vs > Vdesain Nu/Vb
profil C Profil Z
49041.01 4.8 5060.956 7128 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! ~ ~ ~
5.4 5367.955 8019 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! ~ ~ ~ A1 1 1 1
6.3 5798.054 9355.5 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 13.533 14 5
30809.68 4.8 5060.956 7128 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! ~ ~ ~
5.4 5367.955 8019 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! ~ ~ ~ B1 1 1 1
6.3 5798.054 9355.5 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 8.502 9 3
Tabel 5.7 Desain sambungan sekrup pada profil C atau double-C pada joint 2
t1 t2 Nu D Vb tilting Vb 1 Vb 2 Vdesain 1,25 f V Vs n sekrup nsekrup Joint 2
mm mm t2/t1
(N) mm (N) (N) (N) (N) Mode
(N) (N)
Vs > Vdesain Nu/Vb
profil C Profil Z
28841.23 4.8 5060.956 5702.4 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! ~ ~ ~
5.4 5367.955 6415.2 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! 8.597 9 4 A9 0.8 1 1.25
6.3 5798.054 7484.4 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 7.959 8 3
28803.4 4.8 5060.956 5702.4 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! ~ ~ ~
5.4 5367.955 6415.2 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! 8.585 9 4 A10 0.8 1 1.25
6.3 5798.054 7484.4 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 7.948 8 4
9061.9 4.8 5060.956 5702.4 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! 2.865 3 3
5.4 5367.955 6415.2 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! 2.701 3 3 C16 0.8 1 1.25
6.3 5798.054 7484.4 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 2.501 3 2
9024.3 4.8 5060.956 5702.4 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! 2.853 3 3
5.4 5367.955 6415.2 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! 2.690 3 3 C17 0.8 1 1.25
6.3 5798.054 7484.4 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 2.490 3 2
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 46 Delta R Putra ( 15003124 )
Tabel 5.8 Desain sambungan sekrup pada profil C atau double-C pada joint 3
t1 t2 Nu D Vb tilting Vb 1 Vb 2 Vdesain 1,25 f V Vs n sekrup nsekrup Joint 3
mm mm t2/t1
(N) mm (N) (N) (N) (N) Mode
(N) (N)
Vs > Vdesain Nu/Vb
profil C Profil Z
49743.4 4.8 5060.956 5702.4 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! 15.726 16 14
5.4 5367.955 6415.2 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! 14.827 15 13 A5 0.8 1 1.25
6.3 5798.054 7484.4 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 13.727 14 11
37255.05 4.8 5060.956 5702.4 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! 11.778 12 11
5.4 5367.955 6415.2 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! 11.104 12 10 A6 0.8 1 1.25
6.3 5798.054 7484.4 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 10.281 11 9
5274.4 4.8 5060.956 5702.4 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! 1.667 2 2
5.4 5367.955 6415.2 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! 1.572 2 2 C8 0.8 1 1.25
6.3 5798.054 7484.4 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 1.455 2 2
2839.58 4.8 5060.956 5702.4 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! 0.898 2 2
5.4 5367.955 6415.2 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! 0.846 2 2 C9 0.8 1 1.25
6.3 5798.054 7484.4 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 0.784 2 2
9345.48 4.8 5060.956 5702.4 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! 2.955 3 3
5.4 5367.955 6415.2 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! 2.786 3 3 D1 0.8 1 1.25
6.3 5798.054 7484.4 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 2.579 3 2
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 47 Delta R Putra ( 15003124 )
Tabel 5.9 Desain sambungan sekrup pada profil C atau double-C pada joint 4
t1 t2 Nu D Vb tilting Vb 1 Vb 2 Vdesain 1,25 f V Vs n sekrup nsekrup Joint 4
mm mm t2/t1
(N) mm (N) (N) (N) (N) Mode
(N) (N)
Vs > Vdesain Nu/Vb
profil C Profil Z
37184.97 4.8 5060.956 5702.4 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! 11.756 12 10
5.4 5367.955 6415.2 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! 11.084 12 9 B16 0.8 1 1.25
6.3 5798.054 7484.4 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 10.261 11 8
7465.4 4.8 5060.956 5702.4 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! 2.360 3 3
5.4 5367.955 6415.2 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! 2.225 3 2 C31 0.8 1 1.25
6.3 5798.054 7484.4 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 2.060 3 2
30997.99 4.8 5060.956 5702.4 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! 9.800 10 8
5.4 5367.955 6415.2 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! 9.239 10 7 B17 0.8 1 1.25
6.3 5798.054 7484.4 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 8.554 9 6
1702.34 4.8 5060.956 5702.4 7128 5060.956 tilting 3163.098 6006 OK! 0.538 1 2
5.4 5367.955 6415.2 8019 5367.955 tilting 3354.972 8664 OK! 0.507 1 2 C32 0.8 1 1.25
6.3 5798.054 7484.4 9355.5 5798.054 tilting 3623.784 11340 OK! 0.470 1 2
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 48 Delta R Putra ( 15003124 )
5.6 PENGGUNAAN FAKTOR RESISTANSI φ AKIBAT PEMBEBANAN DINAMIK
Dari gaya dalam yang diperoleh diketahui bahwa dengan penambahan beban gempa
perubahan gaya dalam tidak terlalu besar, bahkan pada beberapa elemen terdapat
pengurangan gaya dalam. Namun dengan ditambahkannya beban gempa berarti desain
harus menggunakan faktor keamanan Ф sebesar 0,5 yang berarti kekuatan sambungan
berkurang sebesar 50 % dibandingkan kekuatan sambungan ketika memikul beban statis.
Pengurangan kekuatan sambungan yang signifikan tersebut sangatlah berbahaya jika untuk
wilayah gempa tinggi seperti Indonesia desain yang diterapkan adalah desain untuk
pembebanan statis.
5.7 JUMLAH MAKSIMUM ELEMEN YANG DISAMBUNG
Pada joint 1 dan joint 4, elemen yang disambung secara langsung berjumlah tidak lebih
dari dua elemen. Pada desain awal joint 3, terdapat empat elemen yang ditumpuk dalam
satu sambungan. Jumlah sekrup yang diperlukan sebanyak 11 buah sekrup no.14 tipe CSD.
Sambungan ini memerlukan gusset plate karena konfigurasi sekrup tidak memenuhi syarat
jarak pemasangan. Bila jumlah elemen yang disambung lebih dari tiga, sambungan dengan
sekrup harus menggunakan gusset plate.
Pada sambungan ini, penggunaan baut lebih baik daripada sekrup sebagai pengencang
(fastener). Kapasitas geser baut lebih tinggi daripada sekrup sehingga jumlah pengencang
yang dibutuhkan lebih sedikit. Dengan demikian, syarat jarak pemasangan dapat terpenuhi
tanpa menggunakan gusset plate.
SI-40Z1 TUGAS AKHIR
Sandi Nurjaman ( 15003093 ) 5 - 49 Delta R Putra ( 15003124 )
5.8 KAPASITAS SAMBUNGAN
Kapasitas sambungan rangka baja ringan ditampilkan dalam tabel 5.10. Kapasitas
sambungan ini membatasi besarnya gaya dalam yang dapat ditahan oleh elemen-elemen
anggota sambungan. Hampir seluruh profil didesain memiliki kapasitas tarik yang cukup
besar (kapasitas tarik profil double-Z = 94 kN ; kapasitas tarik profil Z = 47 kN). Pada
batang tarik rangka baja ringan (batang B), kapasitas tarik profil dapat diturunkan dari 94
kN menjadi sekitar 50 kN agar tidak terlalu boros.
Tabel 5.10 Kapasitas sambungan
Elemen Jumlah Vdesain Kapasitas
Joint Nu Joint yang
disambung Sekrup (N) Tn (N) (N)
Tn > Nu
Joint 1 A1,B1 5 10249.61 51248.05 49041.01 OK!
Joint 2 A10, C17 dan A9, C16 4 9355.5 37422 28841.23 OK!
Joint 3 A5, C8, C9 11 4677.75 51455.25 49743.4 OK! A6, D1 8 4677.75 37422 37255.05 OK!
Joint 4 B16, C31 8 4677.75 37422 37184.97 OK! B17, C32 7 4677.75 32744.25 30997.99 OK!
Namun pada Tugas Akhir ini, gaya dalam yang bekerja pada sambungan menjadi faktor
utama dalam mendesain sambungan. Oleh karenanya pada beberapa sambungan kekuatan
elemen yang disambung jauh lebih kuat daripada kekuatan sambungan.