PERANCANGAN KONSTRUKSI BANGUNAN UNTUK …jurnal.sttdb.ac.id/save.php?file=v2n1 56-79.pdfB....
Transcript of PERANCANGAN KONSTRUKSI BANGUNAN UNTUK …jurnal.sttdb.ac.id/save.php?file=v2n1 56-79.pdfB....
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 56
ISSN 2580-2801
JUS TEKNO Jurnal Sains & Teknologi
PERANCANGAN KONSTRUKSI BANGUNAN UNTUK
GUDANG PABRIK BENTANGAN 10 m TINGGI 7 m DAN
LEBAR 60 m
Sigit Widiyanto
Program Studi Teknik Mesin
Sekolah Tinggi Teknologi Duta Bangsa
Abstrak Di era modern ini, pembangunan dan perkembangan teknologi maju dengan pesat
seiring dengan kemajuan di bidang ekonomi dan industri. Hal ini berdampak untuk
memacu peningkatan pembangunan seperti gedung perindustrian. Berdasarkan hal
itu, dalam perancangan struktur baja pabrik, untuk pemilihan profil baja dari tiap
struktur baja pabrik harus kuat dan tidak mudah mengalami tekuk. Pada
perancangan untuk bangunan konstruksi ini, ditentukan ukuran bentangan, tinggi,
panjang pabrik, beban atap, jarak tiang, jarak gording, tegangan bending ijin bahan,
faktor keamanan, panjang kemiringan atap, besar kelendutan, dan sudut kemiringan
atap. Ukuran-ukuran ini ditentukan sebagai analisa masing-masing komponen
bangunan konstruksi gording, kolom, dan kuda-kuda.Setelah itu, melakukan
perhitungan dimulai dengan menghitung tinjauan kekuatan gording dengan rumus:
𝞼b = M/S, sehingga didapatkan S (section modulus) untuk mencari profil gording
pada tabel. Kemudian meninjau kekakuan gording dengan rumus: 𝜸 = , dari rumus ini kita dapatkan besar momen inersia, untuk menentukan profil pada tabel. Untuk
perhitungan kuda-kuda menggunakan cara yang sama dengan perhitungan gording.
Sedangkan untuk kolom perhitungan dilakukan dengan meninjau kekuatan kolom
dengan rumus: Pk . Kemudian meninjau kolom terhadap buckling (tekukan).
Berdasarkan hasil analisa dan perhitungan dapat disimpulkan bahwa: Profil baja
untuk gording adalah profil C = 150 x 65 x 20 x 3,2 dengan Fk = 3, profil baja untuk
kuda-kuda adalah profil I = 150 x 75 x 5 x 7 dengan Fk = 3, dan profil baja untuk
kolom adalah profil I = 150 x75 x 5 x 7 tidak terjadi buckling dengan angka
kerampingan <100. Yang berarti profil keseluruhan diatas kuat dan mampu
memikul beban yang bekerja pada bangunan.
Kata kunci: Konstruksi baja, bangunan pabrik, kekuatan dan kekakuan, kekuatan
perhitungan konstruksi berdasarkan tegangan kekuatan,
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 57
PENDAHULUAN
Untuk bangunan konstruksi rangka baja, perencanaan struktur dilakukan
untuk mendapatkan suatu struktur yang stabil seperti memiliki kekuatan dan
kekakuan yang memadai, memiliki nilai ekonomis dan pembiayaan awal dan pada
saat perawatan / pemeliharaan serta kemudahan pelaksanaannya ,memiliki umur
pelayanan yang lama, dan juga penyesuaian konstruksi yang diperlukan pada masa
yang akan datang.
Itulah sebabnya mengapa semakin kompleksnya tantangan yang dihadapi
dalam perencanaan suatu konstruksi rangka baja.Tujuan dari perencanaan struktur
ini adalah untuk menghasilkan suatu struktur yang stabil, kuat, kokoh, dan
memenuhi tujuan lainnya seperti aspek ekonomis dan kemudahan
pelaksanaan.Suatu struktur dikatakan stabil jika konstruksi tersebut tidak
mengalami guling, miring, atau bergeser selama umur rencana bangunan.
Dikatakan kuat dan kokoh karena kemungkinan terjadinya kegagalan struktur dan
hilangnya kemampuan struktur selama umur rencana adalah kecil dan dalam batas
yang dapat diterima serta kerusakan dan keausan yang terjadi pada konstruksi
selama umur rencana masih memenuhi batas wajar dan tidak perlu dilakukan
pemeliharaan yang berlebihan. Dalam hal ini, penentuan dimensi profil yang sesuai
sangat diperlukan sebab nantinya rofil baja yang dipilih harus kuat memikul beban-
beban yang terjadi terhadap struktur. Dalam hal tersebut sudah menjadi sudah
menjadi tugas para insinyur untuk merancang konstruksi bangunan yang kuat, dan
stabil.
Pada disiplin ilmu teknik mesin terdapat mata kuliah statika struktur dan
mekanika kekuatan material yang membahas mengenai perhitungan kekuatan dari
struktur rangka agar aman dan stabil. Oleh sebab itu, itu dalam skripsi ini penulis
mengangkat judul “PERANCANGAN BANGUNAN KONSTRUKSI BAJA
BENTANGAN 10 METER TINGGI 7 METER PANJANG 60 METER “
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 58
LANDASAN TEORI
Perencanaan Struktur
Struktur adalah satu kesatuan dan rangkaian dari beberapa elemen yang
direncanakan agar mampu menerima beban dari luar maupun berat sendiri tanpa
mengalami perubahan bentuk yang melampau batas persyaratan.
Perencanaan struktur dapat didefinisikan sebagai campuran antara seni
dan ilmu pengetahuan yang dikombinasikan dengan intuisi seorang ahli struktur
mengenai perilaku struktur dengan dasar-dasar pengetahuan dalam statika,
dinamika, mekanika, dan analisis struktur, untuk menghasilkan struktur yang
ekonomis, dan aman selama masa layannya.
Tujuan dari perencanaan struktur menurut Tata Cara Perencanaan
Struktur Baja untuk Bangunan Gedung (SNI 03-1729-2002) adalah
menghasilkan suatu struktur yang stabil, cukup kuat, mampu layan, awet, dan
memenuhi tujuan-tujuan lainnya seperti ekonomi dan kemudahan pelaksanaan.
Suatu struktur dikatakan stabil jika tidak mudah terguling, miring, atau tergeser,
selama umur rencana bangunan.
Ada dua struktur pendukung pada konstruksi baja pabrik yaitu :
1. Struktur bangunan atas
Sanggup mewujudkan perencanaan arsitektur dan harus sanggup
menjamin segi keamanan dan kenyamanan. Untuk itu bahan yang
digunakan untuk bangunan dengan kriteria perencanaan antara lain :
a. Tahan api
b. Kuat dan kokoh.
c. Ekonomis
Setiap konstruksi yang dibangun harus semurah mungkin dan
disesuaikan dengan biaya yang ada tanpa mengurangi mutu dan
kekuatan bangunan.
d. Aman dan nyaman.
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 59
Setiap banguan yang dibangun yang dibangun harus memperhatikan
aspek-aspek kenyamanan serta orang- orang yang menghuni merasa
nyaman.
Perhitungan perencanaan bangunan atas untuk bangunan berupa
gudang konstruksi baja meliputi :
a Perhitungan Gording
b.Perhitungan kuda-kuda
2. Struktur bangunan bawah
Struktur bangunan bawah adalah sistem pendukung bangunan yang
menerima beban struktur atas untuk meneruskan ke tanah di bawahnya
Perhitungan perencanaan bangunan bawah meliputi :
a Perhitungan kolom
b Perhitungan Pondasi
Tegangan
a. Pengertian Tegangan
Tegangan adalah apabila benda mendapat suatu gaya maka benda tersebut
akan mengalami tegangan yang besarnya gaya tersebut dibagi luas
penampang tersebut.
Rumus tegangan :𝞼 = F/A
Dimana : 𝞼 = Tegangan (N/m2, kg/mm2)
F = gaya (N,Kg)
A = Luas penampang (m2, mm2)
b. Macam-macam Tegangan
Tegangan dalam ilmu kekuatan bahan dibagi menjadi:
1. tegangan tarik (tensile stress)
adalah apabila suatu batang mengalami gaya tarik, atau yang searah
sumbu dan menajuhi sumbu.
Rumus :𝞼t = F/A atau
F = gaya (N,Kg)
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 60
A = Luas Penampang
𝞼b = Tegangan bengkok ijin bahan
Gambar tegangan tarik
2. Tegangan Tekan
Merupakan tegangan yang diakibatkan oleh gaya yang searah sumbu
dan mendekati titik.
Rumus :𝞼c = F/A atau
Dimana :
F = gaya (N,Kg)
A = Luas Penampang
𝞼b = Tegangan bengkok ijin bahan
Gambar tegangan tekan
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 61
3. Tegangan geser
Merupakan tegangan yang diakibatkan oleh gaya yang tegak lurus
sumbu.
Gambar Tegangan Geser
Rumus : atau 0,5-0,6 𝞼t ijin bahan
4. Tegangan Puntir
Merupakan tegangan yang diakibatkan oleh gaya, sehingga benda
terpuntir.
Rumus :
Dimana : Mp = Momen Puntir
Wp = Momen tahanan puntir
Gambar tegangan Puntir
5. Tegangan Lengkung / Bengkok
Merupakan tegangan yang disebabkan gaya yang mengakibatkan
bengkok.
Rumus : atau =
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 62
Dimana :Mb = Momen Lengkung
Wb = Momen tahanan Lengkung
I/c, S = Modulus penampang
Gambar tegangan Lengkung
A. Tegangan Ijin Bahan
Dalam ilmu mekanika bahan, kekuatan adalah kemampuan suatu struktur
untuk memikul atau menyalurkan beban. Kemudian Kekuatan aktual suatu
struktur harus melebihi kekuatan yang dibutuhkan. Rasio kekuatan
aktual terhadap kekuatan yang dibutuhkan disebut faktor keamanan.
Faktor keamanan =
Tentu saja, faktor keamanan harus lebih besar daripada 1,0 jika kegagalan
ingin dihindari. Gording
Konstruksi gording merupakan struktur balok atap yang membagi bentangan
atap dalam jarak-jarak yang lebih kecil dan menghubungkan antar kuda-kuda.
Dalam menentukan profil gording dalam suatu konstruksi maka rumus yang
dipakai adalah balok jepitan dengan pembebanan merata.
w N/m
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 63
A L B
Dari gambar diatas diperoleh persamaan :
MA = MB =
EI𝜸 maks =
Dari rumus diatas, maka untuk menetukan profil gording melakukan:
a. tinjauan terhadap kekuatan,
Dimana : 𝞼B ijin bahan >
Dari rumus diatas akan didapatkan nilai S, kemudian S ini yang dicari pada tabel
profil konstruksi baja.
b. Tinjauan terhadap kekakuan
Dimana: kekakuan= = 600
EI𝜸 maks =
Dimana: E = modulus elastisitas
I = momen inersia
w = berat per satuan panjang
L = panjang gording
𝜸 = panjang lendutan
Sehingga dari persamaan diatas diperoleh I, untuk mencari pada tabel yang sesuai
dengan besarnya I yang dihitung.
Kuda-Kuda
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 64
Konstruksi kuda-kuda ialah merupakan struktur balok yang berbentuk susunan
rangka batang yang berfungsi untuk mendukung beban atap termasuk juga beratnya
sendiri dan sekaligus dapat memberikan bentuk pada atapnya. Kuda-kuda
merupakan penyangga utama pada struktur atap.
Metodologi Perancangan
Dalam melakukan perancangan konstruksi baja ini, untuk mengumpulkan data
dan menentukan desain struktur bangunan pabrikini dilakukan observasi terhadap
konstruksi bangunan pabrik yang telah ada.
Tahapan Perancangan
Dalam melakukan perancangan konstruksi ini dilakukan melalui tahapan-
tahapan rancangan yang disajikan dalam bentuk diagram alir di bawah ini
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 65
Ok
NG
Ok
kebutuhan
Perancangan
gambar/sketsa
Bangunan
Pekerjaan
Analisa
dan
Perhitunga
n
Bagian
Bangunan
Gamba
r
Desain
selesai
Validasi Data
Peningkatan dan
Perbaikan
Peningkatan dan
Perbaikan
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 66
ANALISA DAN PEMBAHASAN
PERHITUNGAN GORDING
gording
kuda-kuda
4.1 Gambar Diagram Benda Bebas Konstruksi Gording kolom
A. Tinjauan Terhadap Kekuatan
Pada perancangan gording ini profil yang dipakai yaitu profil C.
Diketahui :Beban yang menimpa struktur per satuan penampang
Bahan Baja BJ 41
( W ) = 100 kg/m2
Kemiringan atap = 150
Panjang kemiringan atap (L) = 6 meter = 600 cm
𝞼b max baja = 4800 kg/cm2
Faktor keamanan = 3
𝞼b ijin = 4800/3 =1600 kg/cm2
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 67
Ditanyakan: ukuran profil gording yang bisa dipakai pada struktur?
Jawab :
W=1,7 kg/cm
600 cm
4.2 Gambar Diagram benda bebas gording tinjauan terhadap
kekuatan
W = 100 kg/m2 x 1,7 m = 170 kg/m = 1,7 kg/cm
Maka 𝞼b ijin >
M =
M = 1,7 kg/cm (600)2(cm)2
12
M = 51.000 kg.cm
Tegangan bengkok ijin bahan gording
𝞼b/fk = 4800/3 = 1600 kg/cm2
1600 kg/cm2 >
S >
S > 31,8 cm3
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 68
B. Tinjauan terhadap kekakuan
W=1,7 kg/cm
600 cm
4.3 Gambar Diagram benda bebas gording tinjauan terhadap kekakuan
Rumus : E.I.𝜸 =
Kekakuan :
L/ 𝜸 = 600
𝜸 = 600 cm/600 = 1 cm
E =2,1 x 106 kg/cm2
E.I.1 cm >
I >
I > 273,18 cm4
maka kita pilih profil C yang memenuhi
S > 31, 8 cm3
I > 273,18 cm4
Dan berdasarkan tabel profil konstruksi baja didapatkan profil C ukuran 150 x 65
x 20 x 3.2
Dengan data : Zx = 44,3 cm3
Zy = 12,2 cm3
Ix = 332 cm4
Iy = 53,8 cm4
w = 7,5 kg/m
A = 9,5 cm2
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 69
Gambar profil C
PERHITUNGAN KUDA-KUDA
Direncanakan kuda-kuda dengan: Bahan baja BJ 41
𝞼b maksimum = 4800kg/cm2
A. Perhitungnan Akibat beban Atap
4.2 Gambar Diagram benda bebas akibat beban atap
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 70
Diketahui : w = 100 kg/cm2 x L
= 100 kg/cm2 x 6 m = 600 kg/m
= 6 kg/cm
Profil yang digunakan dalam perancangan kuda-kuda ini menggunakan profil I
wide flange
Tinjauan terhadap kekuatan
530 cm
4.3 Gambar diagram benda bebas kuda-kuda tinjauan terhadap kekuatan akibat
beban atap
𝞼B ijin bahan >
M =
M = 6 kg/cm (530)2(cm)2
12
M = 140.450 kg.cm
Tegangan bengkok ijin bahan kuda-kuda
𝞼b/fk = 4800/3 = 1600 kg/cm2
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 71
1600 kg/cm2 >
S >
S1 > 87,78 cm3
Tinjauan terhadap kekakuan
EI 𝜸 =
530 cm
4.4 Gambar diagram benda bebas kuda-kuda tinjauan terhadap kekakuan akibat
beban atap
Kita ambil kekakuan
L/ 𝜸 = 600
𝜸 = 530 cm / 600
= 0,95 cm = 1 cm
E.I.1 cm >
I1 >
I1 > 587 cm4
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 72
B. Perhitungan kuda-kuda akibat beban gording
4.6 Gambar diagram benda bebas kuda-kuda dengan beban gording
Berat 1 gording = 7,5 kg/m x 6m = 45 kg
Maka pada satu kuda-kuda ada 4 gording dengan konservasi terpusat
Maka beban total = 45 kg x 4 = 180 kg
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 73
Tinjauan beban bending akibat beban gording
P=180 kg
4.7 Gambar diagram benda bebas tinjauan kekuatan kuda-kuda akibat beban
gording
Tinjauan terhadap kekuatan
𝞼B ijin bahan >
M =
M = 180 kg x 530 cm
8
M = 11.925 kg.cm
Tegangan bengkok ijin bahan kuda-kuda
𝞼b/fk = 4800/3 = 1600 kg/cm2
1600 kg/cm2 >
S >
S2 > 7,45 cm3
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 74
. Tinjauan kekakuan akibat berat gording
P = 180 kg
4.8 Gambar diagram benda bebas tinjauan kekakuan kuda-kuda akibat beban
gording
L/ 𝜸 = 600
𝜸 = 530 cm / 600
= 0,95 cm dibulatkan menjadi 1 cm
E.I.1 cm >
I2 >
I2 > 66,46 cm4
Maka profil yang dipilih sesuai dengan
S = S1 + S2
= 87,83 cm3 + 7,45 cm3
= 95,28 cm3
I = I1 + I2
= 587 cm4 +66,46 cm4
= 669,67 cm4
Maka profil I yang dipilih adalah 200 x 100 x 5,5 x 8
Dengan data : Zx = 184 cm3
Zy = 26 cm3
Ix = 1840 cm4
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 75
Iy = 134 cm4
w = 21,3 kg/m
A = 27,16 cm2
Gambar profil kuda-kuda
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 76
Perhitungan Kolom
kolom
P Total atap
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 77
Lk = 7 m
4.9 Gambar Diagram Benda Bebas dengan Beban Atap dan Gording
Direncanakan profil untuk kolom mengunakan profil wf 200 x 100 x 5,5 x 8
Dengan data : Zx = 184 cm3
Zy = 26 cm3
Jx = 1.840 cm4
Jy = 134 cm4
Bahan baja BJ 41 𝞼b ijin = 4.800 kg/cm2
rumus : P atap = w x L1 x L2
L1 = jarak kolom ke kolom
L2 = panjang kemiringan atap
P atap = 2 x 100 kg/m2 x 6m x 6m = 3.600 kg
P gording = 45 kg/batang x 4 = 180 kg
P kuda-kuda = 25,7 kg/m x 5,7 m x 1 batang = 146,49 kg
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 78
P total = 7.200 kg + 180 kg +146,49 kg = 7.526,49 kg
Tinjauan kekuatan untuk kolom
Pk =
Dimana :E = modulus elastisitas baja = 2,1 x 106 kg/cm2
Iyy = momen inersia profil gording terhadap sumbu y = 134 cm4 (lihat
pada tabel profil baja konstruksi)
L = Tinggi kolom
Pk =
=
=
= 90.595 kg = 90,595 ton
Maka faktor keamanan adalah = 12
Tinjauan terhadap buckling (tekukan)
Untuk mengetahui terjadi buckling pada kolom atau tidak maka dihitung dengan
angka kerampingan :
𝞚 = L/R < 100 maka tidak terjadi tekuk cukup ditinjau dengan tekan
Bila 𝞚 > 100 akan terjadi tekukan
𝞚 =Lk/R = 175/8,24 = 21,23
maka tidak terjadi buckling sehingga perlu ditinjau tegangan tekan
𝞼c ijin >
𝞼c ijin = = 4.000 kg/cm2
𝞼c ijin = = 333,33 kg/cm2
𝞼c yang terjadi =
= 277 kg/cm2
𝞼c yang terjadi < 333,33 kg/cm2 maka kolom aman dengan faktor keamanan 12
JUS TEKNO VOL. 02 NO. 01 (2018) 79
KESIMPULAN
Dari hasil analisa dan perhitungan perancangan konstruksi baja pabrik
dengan bentangan 10 meter, tinggi 7 meter, dan panjang 60 meter, dapat
diambil kesimpulan bahwa :
1. Profil baja untuk gording yang sesuai yaitu profil C dengan ukuran
150 x 65 x 20 x 3,2
2. Profil baja untuk kuda-kuda yang sesuai yaitu profil I dengan ukuran
200 x 100 x 5,5 x 8
3. Profil baja untuk kolom yang sesuai yaitu profil I dengan ukuran 200
x 100 x 5,5 x 8 dengan faktor keamanan 12