Tugas Rekstruk Rangka Baja

SI-4111 REKAYASA STRUKTUR TUGAS PERENCANAAN STRUKTUR BAJA 2011

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Desain dalam bangunan sangat bergantung dari material utama yang digunakan sebagai

kekuatan struktural dari bangunan tersebut. Hal ini dikarenakan setiap material bangunan

mempunyai karakteristik masing-masing yang berbeda-beda.

Karena perbedaan karakteristik yang dimiliki oleh setiap jenis material bangunan,

pemilihan material yang digunakan menjadi penting untuk dipertimbangkan dalam

mendesain bangunan. Sebagai contoh, bangunan yang banyak menggunakan sistem rangka

batang (truss) lebih cocok menggunakan material baja atau kayu daripada menggunakan

beton. Pemilihan material juga bisa dikaitkan dengan fungsi utilitas dari bangunan tersebut.

Misalnya, bangunan rumah di daerah beriklim dingin akan cocok jika menggunakan material

beton karena beton sekaligus berguna sebagai penyeimbang suhu.

Bangunan industri seperti pabrik atau gudang biasanya membutuhkan ruangan yang luas

dengan sesedikit mungkin kolom untuk mengakomodasi kebutuhan akan penyimpanan

barang dalam jumlah besar atau untuk menaruh mesin atau alat berat. Dalam hal ini,

permodelan struktur sebagai kombinasi sistem rangka kaku (frame) dan sistem rangka batang

(truss) bisa digunakan. Untuk material, baja tepat digunakan karena karakteristik baja yang

cocok digunakan dalam sistem frame atau truss serta keunggulan baja dari segi suplainya

yang tersedia banyak di pasaran.

Dalam mendesain, perlu diperhatikan faktor pembebanan yang digunakan. Pembebanan

tergantung dari beban-beban yang bekerja pada bangunan. Secara umum, pembebanan bisa

digolongkan menjadi beban mati, beban hidup, dan beban lingkungan.

Dalam Tugas Kecil SI-4111 Rekayasa Struktur, penulis mendesain suatu bangunan

industri dengan menggunakan baja sebagai material struktural bangunan. Penekanan

diberikan pada pembebanan terhadap gempa bumi karena mata kuliah ini bertujuan agar

mahasiswa mampu merencanakan dan memeriksa bangunan tahan gempa. Bangunan yang

penulis desain mempunyai spesifikasi bangunan yang telah ditentukan, seperti tinggi

bangunan, panjang bangunan (beserta jarak antarportal), lebar bangunan, serta karakteristik

lingkungan bangunan untuk pembebanan terhadap gempa bumi.

1


1.2 Tujuan

Tujuan dari Tugas Kecil SI-4111 Rekayasa Struktur ini adalah:

1. Merencanakan suatu bangunan tahan gempa dengan baja sebagai material struktural

utama.

2. Memberikan gambaran umum tentang proses desain dengan memperhitungkan gempa

bumi sebagai salah satu faktor yang diperhitungkan.

1.3 Metodologi

Dalam mendesain, metodologi yang digunakan melalui beberapa tahapan, yaitu:

1. Desain pradimensi (preliminary design) untuk menentukan penampang inisial dari

struktur. Desain pradimensi ditentukan dengan menyesuaikan penampang dengan

ketersediaan penampang di pasaran.

2. Memasukkan pembebanan mati, hidup, dan angina yang bekerja pada bangunan.

3. Memeriksa kapasitas penampang terhadap pembebanan yang bekerja. Jika kapasitas

penampang tidak memenuhi, maka penampang yang digunakan harus diganti atau

struktur bangunan harus dimodifikasi.

4. Setelah kapasitas penampang memenuhi, cek periode struktur penampang (T). Jika

struktur dirasa kurang kaku atau terlalu kaku, penampang harus diganti lagi atau

struktur harus dimodifikasi.

5. Setelah didapat periode struktur yang memenuhi, input beban gempa.

6. Periksa kapasitas penampang terhadap seluruh kombinasi pembebanan, termasuk

beban gempa. Jika, kapasitas penampang memenuhi, maka struktur dapat digunakan.

2


BAB II

PEMODELAN STRUKTUR DENGAN SAP 2000

2.1 Pembuatan Grid

Setelah masuk ke dalam program SAP 2000, klik File lalu pilih New Model. Maka akan

muncul tampilan sebagai berikut :

Gambar 2.1 Membuat Grid Baru

Setelah tampilan di atas muncul, tentukan unit yang akan digunakan. Di tampilan tersebut

akan muncul beberapa contoh template yang bisa dipilih. Untuk tugas ini pilih Grid Only.

Untuk spasi grid yang seragam, cukup dengan menu Quick Grid Lines untuk mengatur

jumlah dan spasi grid. Pilih jumlah grid dan spasi grid arah sumbu x, y, dan z yang

diinginkan lalu klik OK.

Sedangkan untuk spasi grid yang beragam, data grid bisa diubah dengan menu Edit Grid

Data. Caranya dengan klik kanan pada layar model lalu pilih Edit Grid Data. Lalu akan

muncul menu Edit Grid Data seperti tampilan di bawah ini.

3


Gambar 2.2 Edit Data Grid

2.2 Pedefinisian Material

Untuk mendefinisikan material, langkah yang dilakukan adalah :

Klik menu Define material add new material, tampilannya sebagai berikut :

Gambar 2.3 Define Material

Pada menu material property data seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini,

masukkan Data Material Type, Weight per unit volume, Modulus elasticity, posson’s ratio,

minimum tensile stress (fu), minimum yield stress (fy), dan lain-lain. Setelah selesai

memasukkannya, klik Ok, dan kita beralih ke pendefinisian section properties.

4


Gambar 2.4 Material Property Data

2.3 Pendefinisian Section Properties

Klik Define Section Properties Frame Sections

Lalu klik pilihan add new properties untuk menambahkan properti baru. Pada menu add

frame property pilihlah jenis material yang akan digunakan yaitu steel (baja). Maka akan

muncul beberapa contoh penampang baja seperti yang ditunjukkan Gambar 2.5. Pilihlah

penampang yang diinginkan.

Gambar 2.5 Berbagai Macam Penampang Baja

5


Setelah penampang dipilih, tentukan dimensi penampang yang diinginkan seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 2.6 di bawah ini, lalu klik OK.

Gambar 2.6 Menentukan Dimensi Penampang

2.4 Pembuatan Model

Untuk menggambar model frame, klik Draw lalu pilih Draw Frame/Cable/Tendon. Lalu

akan muncul tampilan Properties untuk memilih jenis section yang diinginkan dan properti

lainnya. Lalu gambar frame sesuai dengan desain rencana. Desain yang akan direncanakan

adalah sebagai berikut :

Lebar : 26 meter

Panjang : 36 meter (ada 7 kolom ke arah x dengan jarak antar kolom adalah 6 meter)

Tinggi kolom : 10 meter

Tinggi atap : 4.8 meter

Gambar 2.7 Pemodelan Struktur

6


Untuk bracing, perlu adanya partial fixity dikarenakan bracing hanya berfungsi sebagai

pengaku, bukan untuk memikul momen. Pilih menu assign frame release partial fixity.

Lalu centang momen 22 (start dan end), momen 33 (start dan end), dan torsion (end).

Gambar 2.8 Partial Fixity untuk Bracing

2.5 Pendefinisian Beban

a. Define Load Patterns

Masukkan semua kemungkinan jenis beban yang akan membebani struktur beserta

tipe dari beban tersebut apakah termasuk beban mati, hidup, angin, atau gempa. Lalu

untuk masing-masing beban tersebut masukkan Self Weight Multiplier. Nilai self weight

multiplier adalah 1 untuk beban struktur dan 0 untuk beban selain beban struktur.

Gambar 2.9 Define Load Patterns

7


b. Define Load Case

Gambar 2.10 Define Load Cases

Secara default tipe beban SW, Seng, Hujan, Angin, EQ-X, dan EQ-Y sudah

terdefinisi dalam Load Case, jadi pilih Define - Load Case - Klik OK.

c. Define Load Combinations

Untuk menambahkan kombinasi baru pilih Define - Load Combinations - Add

New Combo. Masukkan semua kombinasi beban yang mungkin beserta scale

factor, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.10 di bawah ini.

Gambar 2.11 Load Combination Data

Berikut ini beberapa kombinasi beban yang mungkin :

- 1.4D

- 1.2D + 1.6L + 0.5H

8


- 1.2D ± 1.3W + 0.5L + 0.5H

- 1.2D + 1.6H ± 0.8W

- 0.9D ± EQ-X ± 0.3EQ-Y

- 0.9D ± EQ-Y ± 0.3EQ-X

- 1.2D ± EQ-X ± 0.3EQ-Y

- 1.2D ± EQ-Y ± 0.3EQ-X

Gambar 2.12 Define Load Combinations

- Kombinasi Envelope

Kombinasi envelope merupakan sebuah kombinasi dengan

menggabungkan kombinasi yang ada.

Gambar 2.13 Envelope Combination

9


2.6 Assign Beban

Setelah mendefinisikan beban apa saja yang membebani struktur yang harus

dilakukan adalah memasukkan besaran dari beban-beban tersebut. Caranya dengan

mengklik bagian struktur yang akan dibebani lalu pilih menu assign untuk

memasukkan besaran beban lalu pilih submenu yang sesuai dengan jenis beban

tersebut apakah termasuk joint loads atau frame loads. Khusus untuk berat sendiri

(self weight) tidak perlu di-assign karena sudah dimasukkan dari properti material.

a. Joint loads

Salah satu beban yang termasuk jenis ini adalah beban gempa. Beban gempa yang

akan direncanakan tergantung pada jenis tanah dan zonasi gempa. Diketahui jenis tanah

sedang dengan zona gempa 5.

Klik assign → joint loads → forces untuk meng-assign beban joint.

Gambar 2.14 Joint Forces

b. Frame Loads

Beban yang termasuk frame loads di antaranya beban hujan dan beban angin. Klik

assign → frame loads → distributed (untuk beban yang terdistribusi).

i. Beban hujan

Untuk beban hujan pilih koordinat global dengan arah sesuai percepatan gravitasi.

ii. Beban angin

Untuk beban angin pilih koordinat lokal dengan arah sumbu 2. Beban angin yang

direncanakan adalah 25 kg/m2.

iii. Beban seng

Untuk beban hujan pilih koordinat global dengan arah sesuai percepatan gravitasi.

Beban seng yang direncanakan adalah 10 kg/m2.

10


Gambar 2.15 Frame Distributed Loads

2.7 Assign Perletakan

Pilih joint yang akan digunakan sebagai joint perletakan. Klik assign → joint →

restraints lalu pilih tipe perletakan yang akan digunakan. Tipe perletakan yang

digunakan adalah perletakan jepit.

Gambar 2.16 Joint Restraints

2.8 Menjalankan Analisis Terhadap Struktur

Analisis kekuatan di sini ada 2 tahap, yaitu tahapan sebelum beban gempa dimasukkan

dan tahap setelah beban gempa dimasukkan. Sebelum beban gempa dimasukkan model akan

11


di-run. Jika setelah di-run tidak ada bagian struktur yang overstess maka beban gempa dapat

dimasukkan. Jika ada, maka kembali ke tahap perencanaan struktur dan material.

Setelah melewati tahap pertama dilanjutkan dengan memasukkan beban gempa. Setelah

beban gempa dimasukkan maka model di-run lagi. Jika masih ada bagian strruktur yang

overstress maka kembali ke tahap perencanaan struktur dan material. Jika sudah tidak ada

yang overstress berarti struktur sudah OK.

Selain cek kekuatan, kenyamanan dari bangunan tersebut juga harus diperhatikan. Cek

kenyamanan dilakukan dengan memeriksa apakah lendutan yang terjadi masih dalam batas

lendutan izin yang ditentapkan SNI atau tidak. Lendutan yang terjadi bisa didapatkan dari

tabel di SAP2000. Tabel bisa dimunculkan dengan cara memilih menu display lalu pilih

submenu show table. Ceklis displacement untuk memunculkan tabel lendutan.

Klik Analyze lalu pilih Run Analysis untuk menganalisis struktur. Setelah tampilan di

bawah ini keluar klik OK.

Gambar 2.17 Run Analysis

12


BAB III

PEMBEBANAN

3.1 Beban Mati (D)

Beban mati adalah berat dari semua bagian dari suatu gedung yang bersifat tetap,

termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian, mesin-mesin serta peralatan

tetap yang merupakan bagian yang tak terpisahkan dari gedung itu. (PPPRG,1987). Dalam

tugas ini, beban yang dikelompokkan dalam beban mati adalah

Beban Struktur Baja

Beban mati struktur dapat dilihat dari tabel di bawah ini.

Tabel 3.1 Daftar Berat Elemen Struktur Baja

Berat Jenis Jumlah Berat Elemen(kgf/m) (m) (kgf)

1 IWF 400x400x13x21 172 140 Kolom 24080.0089.6 156 Frame atap 13977.6089.6 194.0 Frame atap 17383.2989.6 108 Penghubung antara frame 9676.8013.4 324 Purlin 4341.6013.4 307.3 Bracing atap 4117.82

Total 73577.11

C 125x65x6x8

2

3

Keterangan Lokasi ElemenElemenNo

IWF 500x200x10x16

Beban Seng

Beban seng ditentukan sebesar 10 kg/m2

3.2 Beban Hujan (H)

Beban hujan adalah beban yang ditimbulkan oleh berat air yang mengalir di atap saat

hujan. Beban hujan ini tidak termasuk beban akibat genangan air. Beban hujan dipengaruh

oleh kemiringan atap, karena semakin terjal atap, jumlah air yang ada di atap semakin sedikit.

Beban hujan didefinisikam seperti di bawah ini

H=40−0.8 α( kg

m2)

Dimana α adalah sudut kemiringan atap, sehingga untuk tugas besar nilai H adalah

H=40−0.8× 20=16kg/m2,

dengan arah pembebanan sesuai gravitasi.

13


3.3 Beban Angin (W)

Beban angin adalah beban yang ditimbulkan oleh angin dengan memperhatikan bentuk

aerodinamika bangunan dan peninjauan terhadap pengaruh angin topan, puyuh, dan tornado,

bila diperlukan.

Beban angin dibedakan menjadi dua yaitu angin tiup dan angin hisap. Angin tiup akan

mendorong struktur sedangkan angin hisap akan menarik struktur. Angin tiup dan angin hisap

akan terlihat seperti Gambar 3.1

Gambar 3.1 Ilustrasi Angin Tiup dan Angin Hisap

Beban angin didefinisikan sebagai

W =25 ×c

Dimana, c = 0.9 untuk angin tiup dan c = 0.4 untuk angin hisap.

Dalam tugas besar ini, nilai beban angin sebagai berikut

W tiup=25 ×0.9=22.5 kg/m2

W hisap=25× 0.4=10 kg/m2

3.4 Beban Gempa (V)

Beban gempa adalah semua beban static ekuivalen yang bekerja pada gedung atau bagian

gedung yang menirukan pengaruh dari gerakan tanah akibat gempa itu. Dalam hal pengaruh

gempa pada struktur gedung ditentukan berdasarkan suatu analisa dinamik, maka yang

diartikan dengan beban gempa di sini adalah gaya-gaya di dalam struktur tersebut yang

terjadi oleh gerakan tanah akibat gempa tersebut (PPPRG,1987). Dalam SNI 03-1726-2003,

beban gempa didefinisikan sebagai

14


V=C × I ×WR

Dimana :

C=0.5T

(tergantung pada keadaan tanah dan daerah gempa)

I = Importance factor, untuk tugas ini digunakan nilai 1

W = Berat stuktur

R = 5.6 (tergantung pada jenis struktur yang didesain)

Pada tugas ini didefinisikan bahwa struktur berada pada daerah Gempa 5 dan memiliki

keadaan tanah sedang.

C= 0.51.293

=0.387

V=0.387 × 1× 73577.115.6

=5080,73 kg

Sehingga,

Beban gempa arah Y = 5080,73/7 = 725,81 kg

Beban gempa arah X = 5080,73/2 = 2540,36 kg

Beban gempa akan dimodelkan sebagai beban terpusat di titik-titik kumpul di frame struktur

seperti pada Gambar 3.2

Gambar 3.2 Gaya Gempa Pada Arah Y

15


3.5 Kombinasi Pembebanan Struktur

Kombinasi pembebanan dilakukan untuk mengetahui beban terbesar dari beberapa

kemungkinan kondisi pembebanan pada struktur. Kombinasi yang digunakan dalam tugas ini

adalah :

1.4D

1.2D + 1.6L + 0.5R

1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5R

1.2D + 1.6R + 0.8W

0.9D + EQ-X + 0.3EQ-Y

0.9D + EQ-Y + 0.3EQ-X

1.2D + EQ-X + 0.3EQ-Y

1.2D + EQ-Y + 0.3EQ

16


BAB IV

ANALISIS STRUKTUR TERHADAP BEBAN GEMPA

4.1 Gambaran Umum Perencanaan Struktur Bangunan Tahan Gempa

Perencanaan struktur terhadap ketahanan terhadap gempa bumi di Indonesia harus

mengacu pada Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung

(SNI-1726-2002) atau Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Jembatan (SNI-2833-

2008). Karena desain yang dilakukan adalah desain gedung industri, maka peraturan yang

perlu untuk dijadikan sebagai acuan adalah SNI-1726-2002.

Dalam perencanaannya, secara umum struktur gedung dibedakan menjadi dua jenis,

yaitu struktur gedung beraturan dan struktur gedung tidak beraturan. Untuk kasus struktur

gedung beraturan, analisis terhadap pembebanan gempa dilakukan dengan menerapkan

analisis statik ekuivalen. Pada jenis analisis ini, pembebanan gempa nominal akibat pengaruh

gempa rencana ditampilkan sebagai beban-beban gempa nominal statik ekuivalen yang

ditangkap pada pusat massa di masing-masing tingkat lantai. Pembebanan gempa ini

dilakukan pada masing-masing sumbu utama denah struktur. Sedangkan untuk kasus struktur

gedung tidak beraturan, analisis yang digunakan adalah analisis respons dinamik, analisis

ragam spektrum respons, dan analisis respons dinamik riwayat waktu.

Pada bangunan yang didesain kali ini, bangunan dapat dikategorikan dalam struktur

gedung beraturan karena bentuknya yang simetri dan seragam untuk setiap portalnya. Dengan

demikian, desain bangunan terhadap pembebanan gempa dilakukan dengan cara analisis

beban gempa statik ekuivalen.

4.2 Periode Struktur

Periode struktur adalah waktu getar yang dimiliki secara alami oleh struktur

akibat karakteristik dari struktur itu sendiri (bukan akibat beban luar). Dalam

merencanakan bangunan, nilai periode struktur perlu diperhatikan untuk menjaga

kekakuan dari struktur. Struktur yang terlalu fleksibel tidak baik dalam perilakunya

karena akan berdampak pada sifat struktur dalam menahan beban dinamis, termasuk

beban gempa.

Melalui analisis vibrasi bebas (free vibration) tiga dimensi yang didapatkan

dari peranti lunak SAP2000, nilai dari modal yang dimiliki struktur dijelaskan dalam

17


tabel berikut:

Tabel 4.1 Modal periode dan frekuensi struktur

Type of output casePeriod (T) Frequency (f) ω Eigenvalue

Sec Hz rad/sec rad2/sec2

1 1.293413 0.77315 4.8578 23.5992 1.040677 0.96091 6.0376 36.4533 1.038309 0.9631 6.0514 36.6194 1.023322 0.97721 6.14 37.6995 1.01344 0.98674 6.1999 38.4386 1.00467 0.99535 6.254 39.1127 0.999941 1.0001 6.2836 39.4838 0.998636 1.0014 6.2918 39.5869 0.489483 2.043 12.836 164.77

10 0.396703 2.5208 15.839 250.8611 0.392202 2.5497 16.02 256.6512 0.387319 2.5818 16.222 263.16

Sebelum melangkah ke tahap desain selanjutnya, nilai periode struktur perlu

diperiksa agar struktur tidak menjadi terlalu kaku karena biasanya akan memberikan

perilaku yang kurang baik terhadap pembebanan dinamik, termasuk beban gempa.

Nilai periode struktur maksimum yang ditetapkan berdasarkan oleh pengalaman, yaitu

berkisar pada angka 1,8. Karena nilai dari periode struktur hasil perhitungan

menggunakan peranti lunak SAP2000 telah memenuhi, maka desain dapat dilanjutkan

ke tahap selanjutnya.

Keseluruhan nilai yang ditampilkan pada tabel di atas saling berkaitan. Nilai dari

frekuensi, merupakan kebalikan dari nilai dari periode sehingga dapat ditulis persamaan f =1T

. Sementara ω adalah frekuensi angular dengan nilai ω=2 πT

=2 πf dan eigenvalue merupakan

ω2.

4.3 Berat Struktur

Berat struktur adalah besar beban yang perlu ditanggung oleh struktur akibat adanya

perkalian antara massa dari struktur itu sendiri dengan percepatan gravitasi. Komponen-

komponen struktural yang terdapat pada bangunan ini adalah kolom, frame atap, penghubung

antar-frame, purlin, dan bracing.

Perhitungan berat struktur dilakukan dengan mengalikan keseluruhan berat jenis

struktur (dalam satuan kgf/m) dengan panjang masing-masing komponen struktur (dalam

18


satuan m). Nilai dari berat jenis struktur tergantung dari jenis penampang yang digunakan.

Karena seluruh komponen struktural menggunakan material yang sama, yaitu baja, maka

perbedaan jenis struktur dipengaruhi oleh bentuk potongan penampang yang terdiri dari tiga

jenis. Perhitungan berat jenis struktur ditampilkan dalam tabel berikut:

Tabel 4.2 Perhitungan berat struktur

No ElemenBerat Jenis Panjang Keterangan Lokasi

Elemen

Berat Elemen

(kgf/m) (m) (kgf)

1 IWF 400x400x13x21 172 140 Kolom 24080.00

2 IWF 500x200x10x16

89.6 156 Frame atap 13977.6089.6 194.0 Frame atap 17383.2989.6 108 Penghubung antara frame 9676.80

3 C 125x65x6x813.4 324 Purlin 4341.6013.4 307.3 Bracing atap 4117.82

Total 73577.11

4.4 Gaya Gempa Statik

Berdasarkan Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan

Gedung (SNI-1726-2002), struktur bangunan beraturan harus direncanakan terhadap

pembebanan gempa nominal akibat pengaruh gempa rencana dalam arah masing-masing

sumbu utama denah struktur bangunan tersebut. Beban gempa yang dimaksud berupa beban

gempa nominal statik ekuivalen.

Penentuan beban geser nominal statik ekuivalen yang terjadi di tingkat dasar dapat

dihitung melalui persamaan:

V=CIR

W

Dengan:

C = Faktor respons gempa yang didapat dari Spektrum Respons Gempa Rencana

I = Faktor keutamaan gedung

R = Faktor reduksi gedung

W = Berat total gedung

Untuk mencari nilai C dapat dilihat dari respons spectra pada SNI 03-1726-2003, seperti

gambar di bawah ini

19


Gambar 4.1 Respons Spektra Wilayah Gempa 5 di Indonesia

Dari spektrum respons, C bisa didapatkan melalui persamaan

C=0,5 ×T=0,5× 1,293 s=0,387. Karena bangunan yang didesain akan berfungsi sebagai

gedung industri, maka bangunan ini dapat dikategorikan kepada gedung umum (seperti untuk

penghunian, perniagaan, dan perkantoran). Faktor keutamaan (I) untuk bangunan dalam

kategori ini bernilai 1,0. Nilai R bergantung pada faktor daktilitas struktur. Diasumsikan,

R=5,6. Nilai R ini didapatkan dari tabel 2 SNI-1726-2002. Sementara W =73.577,11kgf .

Tabel 4.3 Faktor keutamaan (I) untuk berbagai kategori bangunan

Kategori gedung Faktor keutamaan

I1 I2 I

Gedung umum seperti untuk penghunian, perniagaan, dan

perkantoran

1,0 1,0 1,0

Monumen dan bangunan monumental 1,0 1,6 1,6

Gedung penting pascagempa seperti rumah sakit, instalasi

air bersih, pembangkit tenaga listrik, pusat penyelamatan

dalam keadaan darurat, fasilitas radio dan televisi

1,4 1,0 1,4

Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya seperti gas,

produk minyak bumi, asam, bahan beracun

1,6 1,0 1,6

Cerobong tangki di atas menara 1,5 1,0 1,5

20


Tabel 4.4 Parameter daktilitas struktur gedung

Dengan demikian, nilai dari gaya geser dasar nominal statik ekuivalen menjadi

bernilai V=0,387 × 1,05,6

×73.577,11=5.080,73 kgf . Besar gaya ini akan dibebankan (assign)

pada setiap titik kumpul (joint) struktur pada salah satu ujung sisi struktur. Karena struktur

memiliki tujuh titik kumpul, maka besarnya gaya geser total akan dibagi tujuh sebelum

dikenakan pada masing-masing titik kumpul.

Berdasarkan Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur

Bangunan Gedung (SNI-1726-2002), periode struktur (atau waktu getar alami struktur

gedung beraturan) dalam arah masing-masing sumbu utama dapat ditentukan dengan

menggunakan persamaan Rayleigh yang dijabarkan sebagai berikut:

T 1=6,3√∑i=1

n

W id i2

g∑i=1

n

F id i

Dengan:

F i=W i zi

∑i=1

n

W i zi

V

Keterangan:

W i = berat struktur pada lantai ke-i

21


d i = simpangan horizontal pada lantai ke-i

g = percepatan gravitasi

z i = ketinggian lantai pada tingkat ke-i

F i = beban-beban gempa nominal statik ekuivalen

V = beban geser dasar nominal

Karena struktur bangunan hanya memiliki satu lantai, maka perhitungan gaya

F=V=5080,73 kgf sehingga periode struktur menjadi

T x=6,3√ (73.577,11 kgf ) (0,0205 m )2

(9,81m

s2 ) (5080,73 kgf ) (0,0205 m)=1,096 s

untuk simpangan horizontal arah sumbu

x dan untuk simpangan horizontal arah sumbu y

T y=6,3√ (73.577,11 kgf ) (0,0125m)2

(9,81m

s2 )(5080,73 kgf ) (0,0125m )=0,856 s

.

4.5 Optimasi Struktur

Pembebanan terhadap gempa akan menyebabkan timbulnya tegangan yang berbeda

pada setiap penampang struktur. Hal ini dapat menyebabkan penampang struktur tidak lagi

mampu menahan kombinasi beban yang ada, termasuk dengan beban gempa. Untuk itu, perlu

dilakukan pemeriksaan ulang lagi dari struktur terhadap kombinasi-kombinasi beban yang

berlaku kini, termasuk beban gempa.

Bertambahnya pembebanan yang berlaku pada struktur dapat menyebabkan perlu

diubahnya penampang struktur atau dilakukannya modifikasi pada konfigurasi struktur.

Dengan meninjau kombinasi pembebanan yang baru ini, dapat dilakukan optimasi terhadap

struktur yang sifatnya final atau sudah mencapai tahap akhir. Optimasi struktur dilakukan

untuk meminimalisasi penggunaan material bangunan sehingga dapat memangkas biaya yang

keluar untuk pembuatan bangunan.

4.6 Pemeriksaan terhadap Syarat Lendutan

Selain harus dinyatakan kuat secara struktural, bangunan yang didesain juga harus

memenuhi ketentuan kenyamanan yang direpresentasikan dengan persyaratan lendutan

maksimum yang diizinkan. Syarat lendutan ini diterapkan untuk menghindari

ketidaknyamanan pengguna bangunan karena terjadinya defleksi yang terlalu besar pada

22


bangunan serta untuk menjaga alat-alat dalam bangunan (misalnya mesin-mesin atau bahan-

bahan kimia) yang sensitif terhadap lendutan.

Lendutan perlu diperiksa terhadap dua komponen: balok dan kolom. Balok

dikategorikan ke dalam balok biasa (bukan balok pemikul dinding atau balok dengan

finishing yang getas) sedangkan kolom dikategorikan sebagai kolom dengan analisis orde

pertama. Besarnya lendutan maksimum yang diizinkan pada struktur bangunan baja menurut

SNI 03-1729-2000 tabel 6.4-1 dijelaskan dalam tabel berikut:

Tabel 4.5 Batas lendutan maksimum

Komponen struktur dengan beban tidak terfaktor Beban tetap Beban sementara

Balok pemikul dinding atau finishing yang getas L/360 -

Balok biasa L/240 -

Kolom dengan analisis orde pertama saja h/500 h/200

Kolom dengan analisis orde kedua h/300 h/200

Perhitungan besar lendutan maksimum yang diizinkan adalah sebagai berikut:

∆ izin=L

240=3250 mm

240=13,542mm untuk balok;

∆ izin=h

500=10.000 mm

500=20 mm untuk kolom.

Lendutan aktual yang terjadi pada struktur dianalisis melalui peranti lunak SAP2000.

Pemeriksaan kesesuaian struktur terhadap syarat batas lendutan disajikan dalam tabel berikut:

Tabel 4.6 Pemeriksaan terhadap syarat batas lendutan

Elemen Bentang (mm)

Defleksi Ijin (mm)

Defleksi aktual maksimum (mm) Status1 2 3 1 2 3

Balok 3250 13.542 7.551 11.468 5.311 OK OK OKKolom 10000 20 7.551 11.468 5.311 OK OK OK

23


BAB V

ANALISIS SAMBUNGAN

5.1 Spesifikasi Sambungan

Sambungan yang digunakan pada perencanaan struktur baja kali ini adalah

sambungan baut. Keuntungan yang dari sambungan baut dibanding sambungan las

adalah harga yang relatif lebih murah (sampai jumlah sambungan tertentu) dan tidak

dibutuhkannya keahlian khusus dalam pemasangan (pengelasan butuh dikerjakan oleh

teknisi).

Baut yang digunakan untuk sambungan pada struktur baja ini adalah jenis baut

A325. Baut A325 memiliki spesifikasi sebagai berikut:

Tabel 5.1 Spesifikasi Sambungan

Parameter NilaiFy Material (Mpa) 240Fu Material (Mpa) 400Jenis Baut A325Diameter Baut (mm) 12.7

Luas Baut (mm2) 126.68Diameter Lubang (mm) 14.7Jarak Baut Dari Tepi (mm) 30Jarak Antar Baut (mm) 50Fu Baut (Mpa) 825Proof Stress (Mpa) 585

5.2 Analisis Sambungan Baut

Untuk analisis sambungan pada tugas besar kali ini, ada dua titik sambungan

yang akan ditinjau yaitu titik yang ada di bagian tengah-bawah dari bracing dan titik

ujung dari bracing. Agar dapat mengetahui posisi titik-titik tersebut secara jelas dapat

dilihat Gambar 5.1 di bawah ini. Titik-titik yang ditinjau ditandai dengan lingkaran

biru.

24


Gambar 5.1 Posisi Sambungan yang Ditinjau

Jika titik tersebut diperbesar maka detail sambungan akan terlihat seperti

gambar di bawah ini :

Gambar 5.2 Detail Sambungan Lokasi 1

Untuk memastikan agar sistem sambungan dapat menahan gaya dalam yang

bekerja pada struktur, maka diperlukan analisis terhadap kapasitas sistem sambungan.

Dalam analisis kekuatan sistem sambungan baut, terdapat dua hal yang perlu

diperiksa kekuatannya, yaitu:

1. Kekuatan pelat.

2. Kekuatan sambungan baut

5.2.1 Pemeriksaan terhadap Kekuatan Pelat

25


Dalam suatu sistem sambungan, pelat dapat mengalami kegagalan akibat leleh,

fraktur, atau geser blok. Berikut nilai kapasitas pelat terhadap ketiga jenis kegagalan tersebut:

Kapasitas pelat terhadap tegangan leleh, ditentukan dengan persamaan

ϕNn=ϕAg × fy dengan nilai ϕ=0,85 (Ag adalah luas kotor penampang).

Kapasitas pelat terhadap kegagalan fraktur, ditentukan melalui persamaan

ϕNn=ϕAe× fu dengan nilai ϕ=0,75.

Kapasitas pelat terhadap geser blok, ditentukan melalui persamaan:

o Untuk geser leleh – tarik fraktur (f u. Ant ≥ 0,6. f u . Anv)

T n=0,6. f y . A gv+ f u. Ant

o Untuk geser fraktur – tarik leleh (f u. Ant ≤ 0,6. f u . Anv)

T n=0,6. f u . Anv+f y . A gt

Hasil perhitungan kapasitas pelat ditampilkan dalam tabel berikut:

Tabel 5.2 Hasil perhitungan kapasitas pelat

Jenis Pengecekan Profil C 125x65x6x8 Satuan

U 0.75 An 661.8 mm2Ae 496.35 mm2

Tarik Sambungan 148905 NGeser Murni 172800 N

Ans 347.7 mm2

Ant 330.9 mm2

Ags 480 mm2

Agt 375 mm2

Fraktur Geser 83448 NFraktur Tarik 132360 NLeleh Geser 69120 NLeleh Tarik 90000 NGeser Blok 130086 N

Dengan nilai-nilai kapasitas pelat tersebut, maka kekuatan pelat tersebut mampu memikul

gaya dalam yang terjadi. Kapasistas sambungan ini akan menahan gaya dalam yang bekerja

pada struktur yang ditampilkan pada tabel berikut:

Tabel 5.3 Gaya dalam yang bekerja pada lokasi sambungan 1

Batang P (kgf) P (N)1 -2731.4179 -26795.21

26


2 4070.6055 39932.643 -1161.366 -11393

5.2.2 Pemeriksaan terhadap Kekuatan Sambungan Baut

Kekuatan sambungan baut perlu diperiksa terhadap tiga kemungkinan kegagalan,

yaitu kegagalan terhadap geser, tumpu, dan friksi. Jika kapasitas geser, tumpu, dan friksi baut

mampu menahan gaya dalam yang terjadi pada struktur, sambungan baut baru dapat

digunakan. Kapasitas sambungan baut dikatakan mampu menahan gaya dalam yang bekerja

pada struktur ketika sambungan memenuhi persyaratan:

ϕRn≥ Ru

Kapasitas geser sambungan dihitung melalui persamaan Rn=r1 ×m × Ab × fu.

Nilai r1 adalah 0,5 untuk baut tanpa ulir atau 0,4 untuk baut dengan ulir. Sedangkan m

adalah jumlah baut per baris dan Ab adalah luas bruto. Nilai ϕ untuk kapasitas geser

sambungan baut adalah 0,75.

Kapasitas tumpu bangunan dihitung melalui persamaan Rn=2,4 × fu ×db ×t p. db

adalah diameter baut dan t p adalah tebal pelat. Nilai ϕ untuk perhitungan kapasitas tumpu

bangunan adalah 0,75.

Kapasitas friksi sambungan hanya perlu dihitung untuk baut mutu tinggi. Persamaan

kapasitas friksi sambungan adalah Rn=1,13× r × ( proof load ) ×m. Nilai r=0,35. Nilai ϕ

adalah 1 (untuk lubang standar).

Perhitungan kapasitas ini dilakukan untuk masing-masing lokasi sambungan,

yaitu lokasi 1 dan lokasi 2. Hasil perhitungan kapasitas sambungan disajikan dalam

tabel berikut:

Tabel 5.4 Perhitungan kapasitas sambungan baut pada lokasi sambungan 1

Jenis Pengecekan Nilai Satuan KeteranganKapasitas Geser 47028.79 N 1 Bidang geser, baut dengan ulir

Kapasitas Tumpu 95634 N Sambungan Friksi 5200.65 N

Dengan persyaratan ϕRn≥ Ru, maka seluruh kapasitas pelat memenuhi persyaratan untuk

menahan gaya dalam yang bekerja pada elemen.

Untuk peninjauan kekuatan sambungan pada lokasi sambungan 2, dilakukan

pemeriksaan terhadap kapasitas tarik (untuk elemen horizontal) dan pemeriksaan terhadap

kapasitas tarik dan geser (untuk elemen diagonal). Perhitungan kapasitas penampang

ditampilkan pada tabel berikut:

27


Tabel 5.5 Kapasitas sambungan pada elemen horizontal lokasi 2

Jenis Pengecekan

n Baut Nilai Satuan Keterangan

Kapasitas Tarik 4 235143.9 N Diperlukan 1, untuk kemudahan pemasangan dibuat jadi 4

Tabel 5.6 Kapasitas sambungan pada elemen diagonal lokasi 2

Jenis Pengecekan

n Baut Nilai Satuan Keterangan

Kapasitas Tarik 4 235143.9 N Diperlukan 1, untuk kemudahan pemasangan dibuat jadi 4

Kapasitas Geser 4 125410.1 N

Untuk gaya dalam yang bekerja pada sambungan adalah sebagai berikut:

Tabel 5.7 Gaya dalam pada elemen horizontal lokasi 2

Ket P (Kgf-m) V2 V3 T M2 M3Max 13776.72 1031.32 2.49 0.65 32.52 1911.8

Min 2928.57 -1584.17 -2.49 -0.65 -32.52-

3909.65

Tabel 5.8 Gaya dalam pada elemen diagonal lokasi 2

Ket P (Kgf-m) V2 V3 T M2 M3Max -3763.02 1369.11 48.77 14 131.62 1786.91

Min -15556 -1129.87 -48.77 -14 -131.62 -3656.09

Gaya dalam tersebut perlu diselaraskan pada koordinat lokal baut dengan memproyeksikan

terhadap kemiringan atap (20°):

Tabel 5.9 Gaya dalam yang telah diproyeksikan terhadap koordinat lokal sambungan

P Untuk Geser

P Untuk Tarik

14617.85841 5320.46535 Kgf

143401.191 52193.76508

N

28


Sesuai perhitungan, kapasitas sambungan memenuhi persyaratan kekuatan untuk memikul

gaya dalam.

BAB VI

KESIMPULAN

Berikut ini proses desain struktur baja untuk bangunan industri:

i. Diketahui data dimensi bangunan yang diinginkan yaitu lebar 26 meter, panjang 36 meter (ada 7 kolom ke arah x dengan jarak antar kolom adalah 6 meter), tinggi kolom 10 meter, dan tinggi atap 4,8 meter. Seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut ini:

Gambar 6.1 Gambar Tiga Dimensi

29

36 m

10 m

26 m


Gambar 6.2 Gambar Tampak Sumbu Y-Z

ii. Diketahui juga data beban luar rencana dari gedung tersebut di antaranya:- Beban seng sebesar 10 kg/m2.- Beban hujan, berasal dari fungsi sudut atap (α). Beban Hujan = H = 40 – 0,8 α

(kg/m2)- Beban angin sebesar 25 kg/m2.- Beban gempa, tergantung dari struktur yang digunakan, jenis tanah, dan zonasi

gempa. Diketahui bangunan akan berdiri pada tanah sedang dan zona gempa 5.iii. Mengestimasi penampang baja yang akan digunakan untuk tiap elemen struktur.iv. Analisis Struktur tersebut dengan pemodelan SAP2000. Analisis ini dibagi ke dalam 2

bagian:- Cek Kekuatan, cek kekuatan ini terbagi dalam 2 tahap yaitu cek kekuatan sebelum

model dibebani beban gempa dan cek kekuatan setelah model dibebani beban gempa. Cek kekuatan meliputi cek overstress dan periode struktur.

- Cek Kenyamanan, dengan memeriksa apakah lendutan yang terjadi masih di bawah batas lendutan izin yang ditentukan oleh SNI.

v. Setelah melewati berkali-kali analisis dan redesign, maka didapatkan desain struktur yang optimum:

Tabel 6.1 Desain Struktur

No ElemenBerat Jenis Jumlah

Keterangan Lokasi Elemen

kg/m

1IWF

400x400x13x21 172 140 Kolom

2IWF

500x200x10x16

89.6 156 Frame atap89.6 194.0 Frame atap89.6 108 Penghubung antara frame

3 C 125x65x6x813.4 324 Purlin13.4 307.3 Bracing atap

30

4,8 m

10 m

26 m


vi. Jenis sambungan yang akan digunakan untuk struktur adalah A325 dengan spesifikasi sebagai berikut:

Tabel 5.1 Spesifikasi Sambungan

Parameter NilaiFy Material (Mpa) 240Fu Material (Mpa) 400Jenis Baut A325Diameter Baut (mm) 12.7Luas Baut (mm2) 126.68Diameter Lubang (mm) 14.7Jarak Baut Dari Tepi (mm) 30Jarak Antar Baut (mm) 50Fu Baut (Mpa) 825Proof Stress (Mpa) 585

31

Tugas Rekstruk Rangka Baja

Documents

Transcript of Tugas Rekstruk Rangka Baja