BAB III ANALISA STRUKTUR
Struktur rangka atap baja ringan yang akan dianalisis berupa model kuda- kuda sederhana yang biasa digunakan oleh perusahaan konstruksi rangka atap baja
ringan.
3.1 Pemodelan Struktur Rangka Atap
Pemodelan struktur berupa portal 2 dimensi. Pemodelan dilakukan dengan bantuan software SAP versi 10.0.1. Model tersebut ditampilkan pada gambar 3.1.
Gambar 3.1. Model Portal 2D
• Model yang digunakan adalah kuda-kuda segitiga penuh bentang 18 m dan
α = 25
o
dengan perletakan sendi dan rol di kedua ujungnya. •
Profil yang digunakan adalah profil C dan double C.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2. Profil C
Gambar 3.3. Profil B atau Hat
3.2 Material
Baja yang digunakan adalah high tension steel G-550 berlapis Zincalume atau Galvanis dengan spesifikasi sebagai berikut :
Modulus elastisitas E = 210.000 Nmm
2
Modulus geser G = E21+
μ Nmm
2
= 81.000 Nmm
2
Universitas Sumatera Utara
Nisbah poisson μ
= 0,3 Koefisien pemuaian
α = 12 x 10
-6
C Berat jenis
ρ = 7850 kgm
3
Tegangan leleh fy = 550 MPa
Tegangan ultimit fu = 550 MPa
3.3 Pembebanan Dalam Pemodelan SAP
Perencanaan pembebanan dimaksudkan untuk memberikan pedoman dalam menentukan beban-beban yang bekerja pada bangunan. Beban yang
diperhitungkan dalam tugas akhir ini direncanakan sesuai Pedoman Perencanaan untuk Rumah dan Gedung SKBI-1.3.53.1987 sebagai berikut :
1. Beban Mati Dead Load
2. Beban Hidup Atap L
3. Beban Hujan H
4. Beban Angin W
Adapun untuk beban Gempa E tidak dimasukkan dalam kombinasi pembebanan ini.
Pembebanan terhadap struktur rangka baja ringan dalam SAP dimodelkan sedemikian rupa sehingga model tersebut cukup mewakili kondisi riil di lapangan.
Meski terdapat beberapa penyederhanaan, pembebanan pada model struktur yang akan dianalisis tidak melanggar peraturan pembebanan yang berlaku di Indonesia.
Universitas Sumatera Utara
Seluruh beban tersebut di atas diperhitungkan dengan faktor perbesaran dan kombinasi sebagai berikut :
1. 1,4 D
2. 1,2 D + 0,5 L
3. 1,2 D + 0,5 H
4. 1,2 D + 1,6 L + 0,8 Wkiri
5. 1,2 D + 1,6 L + 0,8 Wkanan
6. 1,2 D + 1,6 H + 0,8 Wkiri
7. 1,2 D + 1,6 H + 0,8 Wkanan
8. 1,2 D + 1,3 Wkiri + 0,5 L
9. 1,2 D + 1,3 Wkanan + 0,5 L
10. 1,2 D + 1,3 Wkiri + 0,5 H
11. 1,2 D + 1,3 Wkanan + 0,5 H
12. 0,9 D + 1,3 Wkiri
13. 0,9 D + 1,3 Wkanan
14. 0,9 D - 1,3 Wkiri
15. 0,9 D - 1,3 Wkanan
Keterangan : D adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen,
Universitas Sumatera Utara
termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap
L adalah beban hidup yang ditumbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-
lain La adalah beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh
pekerja, peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan benda bergerak
H adalah beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan oleh genangan air W adalah beban angin
3.3.1 Beban Mati
Beban mati yang diperhitungkan dalam struktur rangka baja ringan ini terdiri dari :
1. Beban struktur rangka atap
Struktur rangka atap terdiri dari kuda-kuda, diagonal bracing, reng, dan lateral bracing. Pada rangka atap baja ringan tidak digunakan kasau. Berat
profil kuda-kuda baja ringan yang dipakai sebesar 5 kgm. 2.
Beban reng Reng yang digunakan zincalume steel topspan TS9610 tebal 1,00 mm
dengan berat 2,22 kgm
Universitas Sumatera Utara
3. Beban atap
Atap yang digunakan zincalume steel spandek tebal 0,48 mm dengan berat 5,3 kgm
2
. 4.
Beban plafon Plafon yang digunakan terbuat dari material semen asbes tebal 4 mm dengan
berat plafon ditentukan sebesar 11 kgm
2
. 5.
Beban hanger Penggantung langit-langit dari kayu, dengan bentang masksimum 5 m dan
jarak s.k.s minimum 0,8 m ditentukan beratnya sebesar 7 kgm
2
.
Jarak antar kuda-kuda sebesar 1,4 m, beban ini didistibusikan secara merata pada masing-masing kuda-kuda. Gambar 3.4 menampilkan beban merata pada
atap yang didistribusikan secara merata pada setiap portal.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.4. Arah Pembebanan pada Kuda-Kuda Dengan cara pembebanan ini, maka portal kuda-kuda yang berada di
tengah sistem rangka atap yang akan ditinjau karena portal tersebut menerima beban yang lebih besar daripada portal bagian tepi.
a. Beban Mati
Beban mati pada struktur rangka baja ringan ditampilkan pada gambar berikut:
Gambar 3.5. Distribusi Beban Mati D
Data- data pembebanan : 1.
Beban profil kuda-kuda = 5 kgm
2. Beban plafon + hanger = 11 + 7 kgm
2
= 18 kgm
2
3. Beban atap
= 5,3 kgm
2
4. Beban reng
= 2,22 kgm
Perhitungan beban mati struktur rangka baja ringan dilakuka n sebagai
Universitas Sumatera Utara
berikut: 1.
Beban P1 = P13 Beban atap
= Luasan x Berat atap = 1,655 m x 1,4 m x 5,3 kgm
2
= 12,2801 kg Beban reng
= Berat profil reng x Panjang reng = 2,22 kgm x 1,4 m = 3,108 kg
Beban kuda-kuda = ½ x Btg 1 + 24 x berat profil kuda-kuda = ½ x 1,5 + 1,655 m x 5 kgm
= 7,8875 kg Beban plafon
= Luasan x berat plafon = 1,655 m x 1,4 m x 18 kgm
2
= 41,706 kg Beban bracing
= 10 x beban kuda-kuda = 10 x 7,8875 kg = 0,78875 kg
2. Beban P2 = P12
Beban atap = Luasan x Berat atap
= 1,655 m x 1,4 m x 5,3 kgm
2
= 12,2801 kg Beban reng
= Berat profil reng x Panjang reng = 2,22 kgm x 1,4 m = 3,108 kg
Beban kuda-kuda = ½ x Btg 24+ 25 + 26 + 23 x berat profil kuda-kuda = ½ x 1,655 + 0,7 + 1,655 + 1,655 m x 5 kgm
= 14,1652 kg
Universitas Sumatera Utara
Beban bracing = 10 x beban kuda-kuda
= 10 x 14,1652 kg = 1,41652 kg 3.
Beban P3 = P11 Beban atap
= Luasan x Berat atap = 1,655 m x 1,4 m x 5,3 kgm
2
= 12,2801 kg Beban reng
= Berat profil reng x Panjang reng = 2,22 kgm x 1,4 m = 3,108 kg
Beban kuda-kuda = ½ x Btg 23+ 27 + 28 + 22 x berat profil kuda-kuda = ½ x 1,655 + 1,399 + 2,051 + 1,655 m x 5 kgm
= 16,9 kg Beban bracing
= 10 x beban kuda-kuda = 10 x 16,9 kg = 1,69 kg
4. Beban P4 = P10
Beban atap = Luasan x Berat atap
= 1,655 m x 1,4 m x 5,3 kgm
2
= 12,2801 kg Beban reng
= Berat profil reng x Panjang reng = 2,22 kgm x 1,4 m = 3,108 kg
Beban kuda-kuda = ½ x Btg 22 + 29 + 30 + 46 + 21 x berat profil kuda-kuda = ½ x 1,655 + 2,098 + 2,579 + 9 + 1,655 m x 5 kgm
= 42,4675 kg Beban bracing
= 10 x beban kuda-kuda
Universitas Sumatera Utara
= 10 x 42,4675 kg = 4,24675 kg 5.
Beban P5 = P9 Beban atap
= Luasan x Berat atap = 1,655 m x 1,4 m x 5,3 kgm
2
= 12,2801 kg Beban reng
= Berat profil reng x Panjang reng = 2,22 kgm x 1,4 m = 3,108 kg
Beban kuda-kuda = ½ x Btg 21 + 31 + 32 + 20 x berat profil kuda-kuda = ½ x 1,655 + 2,798 + 3,175 + 1,655 m x 5 kgm
= 23,2075 kg Beban bracing
= 10 x beban kuda-kuda = 10 x 23,2075 kg = 2,32075 kg
6. Beban P6 = P8
Beban atap = Luasan x Berat atap
= 1,655 m x 1,4 m x 5,3 kgm
2
= 12,2801 kg Beban reng
= Berat profil reng x Panjang reng = 2,22 kgm x 1,4 m = 3,108 kg
Beban kuda-kuda = ½ x Btg 20 + 33 + 34 +19 x berat profil kuda-kuda = ½ x 1,655 + 3,497 + 3,805 + 1,655 m x 5 kgm
= 26,53 kg Beban bracing
= 10 x beban kuda-kuda = 10 x 26,53 kg = 2,653 kg
Universitas Sumatera Utara
7. Beban P7
Beban atap = Luasan x Berat atap
= 1,655 m x 1,4 m x 5,3 kgm
2
= 12,2801 kg Beban reng
= Berat profil reng x Panjang reng = 2,22 kgm x 1,4 m = 3,108 kg
Beban kuda-kuda = ½ x Btg 19 + 35 + 18 x berat profil kuda-kuda = ½ x 1,655 + 4,197 + 1,655 m x 5 kgm
= 18,7675 kg Beban bracing
= 10 x beban kuda-kuda = 10 x 18,7675 kg = 1,87675 kg
8. Beban P14 = P24
Beban kuda-kuda = ½ x Btg 1 + 25 + 2 x berat profil kuda-kuda = ½ x 1,5 + 0,7 + 1,5 m x 5 kgm
= 9,25 kg Beban plafon
= Luasan x berat plafon = 1,655 m x 1,4 m x 18 kgm
2
= 41,706 kg Beban bracing
= 10 x beban kuda-kuda = 10 x 9,25 kg = 0,925 kg
9. Beban P15 = P23
Beban kuda-kuda = ½ x Btg 2 + 26 + 27 + 3 x berat profil kuda-kuda
Universitas Sumatera Utara
= ½ x 1,5 + 1,655 + 1,399 + 1,5 m x 5 kgm = 15,135 kg
Beban plafon = Luasan x berat plafon
= 1,655 m x 1,4 m x 18 kgm
2
= 41,706 kg Beban bracing
= 10 x beban kuda-kuda = 10 x 15,135 kg = 1,5135 kg
10. Beban P16 = P22
Beban kuda-kuda = ½ x Btg 3 + 28 + 29 + 4 x berat profil kuda-kuda = ½ x 1,5 + 2,051 + 2,098 + 1,5 m x 5 kgm
= 17,8725 kg Beban plafon
= Luasan x berat plafon = 1,655 m x 1,4 m x 18 kgm
2
= 41,706 kg Beban bracing
= 10 x beban kuda-kuda = 10 x 17,8725 kg = 1,78725 kg
11. Beban P17 = P21
Beban kuda-kuda = ½ x Btg 4 + 30 + 31 + 5 x berat profil kuda-kuda = ½ x 1,5 + 2,579 + 2,798 + 1,5 m x 5 kgm
= 20,9425 kg Beban plafon
= Luasan x berat plafon = 1,655 m x 1,4 m x 18 kgm
2
= 41,706 kg Beban bracing
= 10 x beban kuda-kuda
Universitas Sumatera Utara
= 10 x 20,9425 kg = 2,09425 kg 12.
Beban P18 = P20 Beban kuda-kuda = ½ x Btg 5 + 32 + 33 + 6 x berat profil kuda-kuda
= ½ x 1,5 + 3,175 + 3,497 + 1,5 m x 5 kgm = 24,18 kg
Beban plafon = Luasan x berat plafon
= 1,655 m x 1,4 m x 18 kgm
2
= 41,706 kg Beban bracing
= 10 x beban kuda-kuda = 10 x 24,18 kg = 2,418 kg
13. Beban P19
Beban kuda-kuda = ½ x Btg 6 + 34 + 36 + 7 x berat profil kuda-kuda = ½ x 1,5 + 3,805 + 3,805 + 1,5 m x 5 kgm
= 26,525 kg Beban plafon
= Luasan x berat plafon = 1,655 m x 1,4 m x 18 kgm
2
= 41,706 kg Beban bracing
= 10 x beban kuda-kuda = 10 x 26,525 kg = 2,6525 kg
Universitas Sumatera Utara
Tabel 3.1. Rekapitulasi Beban Mati
beban beban
beban beban
beban beban
jumlah input
atap reng
kuda-kuda plafon
bracing beban
SAP kg
kg kg
kg kg
kg kg
P1 = P13 12,2801
3,108 7,8875
41,706 0,78875
65,77035 66
P2 = P12 12,2801
3,108 14,1625
- 1,41625
30,96685 31
P3 = P11 12,2801
3,108 16,9
- 1,69
33,9781 34
P4 = P10 12,2801
3,108 42,4675
- 4,24675
62,10235 62
P5 = P9 12,2801
3,108 23,2075
- 2,32075
40,91635 41
P6 = P8 12,2801
3,108 26,53
- 2,653
44,5711 45
P7 12,2801
3,108 18,7675
- 1,87675
36,03235 36
P14 = P24 -
- 9,25
41,706 0,925
51,881 52
P15 = P23 -
- 15,135
41,706 1,5135
58,3545 58
P16 = P22 -
- 17,8725
41,706 1,78725
61,36575 61
P17 = P21 -
- 20,9425
41,706 2,09425
64,74275 65
P18 = P20 -
- 24,18
41,706 2,418
68,304 68
P19 -
- 26,525
41,706 2,6525
70,8835 71
3.3.2 Beban Hidup
Beban hidup merupakan beban yang bekerja pada bangunan selama bangunan tersebut berdiri. Pada tugas akhir ini, hanya dimodelkan struktur
atapnya saja maka nilai beban hidup yang ditentukan adalah beban hidup sementara akibat berat pekerja yaitu sebesar 100 kg yang diletakkan pada joint-
joint batang atas top chord. Berikut ini adalah gambar permodelan pembebanan beban hidup sementara
dalam struktur :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.6. Distribusi Beban Hidup L
3.3.3 Beban Angin
Berdasarkan PPIG 1987, beban angin didefinisikan sebagai tekanan angin yang menerpa struktur baik berupa gaya tekan ataupun gaya hisap. Angin yang
bergerak menabrak struktur dianggap bekerja sebagai tekanan positif pada sisi yang berhadapan langsung dengan arah angin dan tekanan negatif hisap pada sisi
belakangnya. Tekanan tiup angin yang bekerja pada struktur untuk daerah normal minimum sebesar 25 kgm
2
dan untuk daerah pantai diambil minimum 40 kgm
2
. Pada tugas akhir ini beban angin diambil sebesar 40 kgm
2
. Rangka atap yang akan dianalisis memiliki sudut kemiringan sebesar
α = 25 . Perhitungan
untuk angin tekan dan angin hisap adalah sebagai berikut: 1.
Koefisien a ngin tekan = 0,02 α – 0,4 = [0,02 . 25 – 0,4] = 0,1
Angin tekan W
1
= luasan x koef. angin tekan x beban angin = 1,655 m x 1,4 m x 0,1 x 40 kgm
2
= 9,268 kg
Universitas Sumatera Utara
W
1
2 =
9,268 2
= 4,634 kg 2.
Koefisien angin hisap = -0,4 Angin hisap W
2
= luasan x koef. angin hisap x beban angin = 1,655 m x 1,4 m x 0,4 x 40 kgm
2
= 37,072 kg W
2
2 =
37,072 2
= 18,536 kg
Arah beban angin ini tegak lurus terhadap permukaan atap batang tekan. Beban ini akan diuraikan dalam arah x dan z dalam pemodelan dengan SAP.
Model pembebanan tersebut ditampilkan dalam gambar berikut
Gambar 3.7. Distribusi Beban Angin Kiri Wkiri
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.8. Distribusi Beban Angin Kanan Wkanan
3.3.4 Beban Hujan
Pada atap bekerja beban hujan sebesar 20 kgm2. Seperti halnya beban mati yang ditransfer berdasarkan besarnya tributary area, beban hujan pun demikian.
Beban hujan H dihitung sebagai berikut : Beban hujan H
= luasan x beban hujan = 1,655 m x 1,4 m x 20 kgm
2
= 46,34 kg H
2 =
46,34 2
= 23,17 kgm
2
Beban hujan ini diletakkan sepanjang batang tekan dengan arah searah sumbu z pada SAP. Pemodelan beban hujan ditampilkan dalam gambar 3.9.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.9. Distribusi Beban Hujan H
Universitas Sumatera Utara
3.4 Gaya Dalam Maksimum
Dari hasil analisis SAP diperoleh gaya dalam maksimum struktur rangka baja ringan. Nilai maksimum didapat pada pembebanan kombinasi 4 dan
kombinasi 5 dimana kriteria masing-masing kombinasi adalah sebagai berikut : Kombinasi 4
: 1,2 D + 1,6 L + 0,8 Wkiri Kombinasi 5
: 1,2 D + 1,6 L + 0,8 Wkanan Keterangan :
D beban mati
L beban hidup
H beban hujan
W beban angin
Tabel 3.2. Gaya Dalam Maksimum
Frame P
Comb 4 Comb 5
Maksimum
Text
N N
N
1 31991,05
29019,26 31991,05
2 32224,92
29262,2 32224,92
3 30319,89
27699,57 30319,89
4 27367,7
25192,16 27367,7
5 29087,21
27389,8 29087,21
6 28968,03
27718,11 28968,03
7 28545,79
28140,32 28545,79
8 28245,23
28231,74 28245,23
9 26097,71
26462,1 26462,1
10 28609,66
29409,77 29409,77
11 30150,64
31336,42 31336,42
12 29913,08
31096,91 31096,91
13 -33049,16
-34445,03 -34445,03
Universitas Sumatera Utara
14 -31399,71
-32541 -32541
15 -28605,15
-29441,75 -29441,75
16 -9174,76
-9540,56 -9540,56
17 -9315,74
-9412,26 -9412,26
18 -8387,53
-8209,36 -8387,53
19 -8283,33
-8294,42 -8294,42
20 -9506,78
-9202,1 -9506,78
21 -9667,04
-9029,18 -9667,04
22 -29410,87
-28616,92 -29410,87
23 -32511,71
-31409,95 -32511,71
24 -34397,34
-33078,05 -34397,34
25 80,94
122,39 122,39
26 -2016,68
-1652,07 -2016,68
27 1712,09
1534,58 1712,09
28 -3876,56
-3290,4 -3876,56
29 3373,27
2977,51 3373,27
30 3043,53
3844,78 3844,78
31 -1668,75
-2316,72 -2316,72
32 -219,03
710,55 710,55
33 922,98
111,89 922,98
34 -2708,11
-1603,82 -2708,11
35 4960,05
4875,7 4960,05
36 -1647,93
-2663,95 -2663,95
37 161,95
872,85 872,85
38 653,49
-161,91 653,49
39 -2249,91
-1735,59 -2249,91
40 3761,98
3126,36 3761,98
41 2978,45
3372,34 3372,34
42 -3292,07
-3874,91 -3874,91
43 1530,3
1716,33 1716,33
44 -1625,04
-2043,72 -2043,72
45 113,49
89,75 113,49
46 -19563,78
-19760,7 -19760,7
Universitas Sumatera Utara
BAB IV PERENCANAAN STRUKTUR RANGKA ATAP
4.1 Pendahuluan
Pada bab ini akan diuraikan mengenai perencanaan elemen struktur yang terdiri atas perencanaan elemen struktur rangka batang dan perencanaan elemen
sambungan. Parameter yang ditinjau dalam perencanaan adalah kemampuan rencana elemen struktur memikul gaya dalam yang meliputi gaya aksial berupa
tarik atau tekan. Beban yang diambil pada setiap keadaannya adalah beban maksimum yang bekerja pada batang tersebut, hal ini diambil agar profil batang
yang didesain mampu menahan beban kerja dengan kombinasi beban maksimum.
Gambar 4.1. Model Kuda-Kuda Baja Ringan
4.2 Perencanaan Batang Tarik 4.2.1 Batang Tarik Bawah