Pemodelan Struktur Rangka Atap Material Gaya Dalam Maksimum

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