Perbandingan Desain Bridge Beam Pada Hoist Crane Dengan Double-Iwf, Box-Girder dan Rangka Baja

DAFTAR PUSTAKA

American Institute of Steel Construction. (2010). Specification for structural steel buildings. Chicago: AISC.

Badan Standarisasi Nasional. 2002. Tata Cara Perencanaan Struktur Baja Untuk Bangunan Gedung. SNI 03 – 1729 – 2002. Departemen Pekerjaan Umum Badan Standardisasi Nasional. (2010). RSNI 03-1727-2010: Beban Minimum

untuk Perancangan Bangunan Gedung dan Struktur Lain. Jakarta. Barry Robin. 2008. The Construction of Buildings, jilid 4. Wiley Blackwell Dennis Lam. 2008. Structural Steelwork. Design to Limit State Theory, Third

Edition. Elsevier International

HITACHI. HITACHI hoist series. http://www.hitachi-ies.co.jp/ english/ products/ hst/ (diakses 13 april 2016)

James M. Gere, Stephen P. Timoshenko; alih bahasa, Bambang Suryoatmono. 1996. Mekanika Bahan jilid 1, Edisi Keempat. Jakarta : Erlangga, 2000. Leonard Spiegel & George F. Limbrunner. 1991. Design Baja Struktur Terapan.

Bandung : Penerbit Eresco

Padosbajayo. 1994. Pengetahuan Dasar Struktur Baja. Yogyakarta : Nafri Offset Rudy Gunawan, Ir. Dengan Petunjuk Morisco Ir., 1987. Tabel Profil Konstruksi

Baja. Yogyakarta : Penerbit Kanisius

Wiryanto Dewobroto. 2010. Desain Struktur Baja Berdasarkan AISC 2011. Bandung : Lumina Press

BAB III

METODE PENELITIAN 3.1. Pendahuluan

Bagian ini membahas tentang metodologi penelitian perencanaan bridge beam pada hoist crane dengan menggunakan 3 model,yaitu:

 Double IWF

 Double box-girder

Gambar 3.1. Perencanaan Bridge Beam menggunakan Double IWF

 Rangka baja

Struktur akan didesain seekonomis mungkin dan mengacu pada persamaanyaratan-persamaanyaratan kinerja lendutan, momen, gaya lintang, tegangan, dsb sesuai dengan SNI 1729-2015.

Tahapan penelitian yang digunakan adalah sebagai berikut : 1. Menentukan desain dan ukuran bentang bridge beam.

2. Membuat variasi permodelan dengan bentang 20 m dan 30 m. 3. Menggunakan pembebanan terpusat sebesar 10 ton.

4. Menghitung pembebanan yang terjadi pada bridge beam.

5. Memasukkan parameter utama yaitu masing-masing desain bridge beam pada hoist crane, antara lain profil double IWF, profil double box-girder, serta rangka baja dengan bantuan program SAP2000.

6. Hasil output program perhitungan diproses dalam perhitungan manual agar didapatkan desain dan ukuran kolom, balok, dan profil rangka atap yang memenuhi ijin SNI 1729-2015.

7. Setelah masing-masing model bangunan mendapatkan kekuatan yang memenuhi ijin, maka ditetapkanlah sebagai model akhir.

8. Dari gambar akhir bangunan inilah, dihitung volume berat baja yang dipakai untuk masing-masing model.

9. Dari ketiga model tersebut akan diambil penarikan kesimpulan model yang mana lebih ekonomis untuk digunakan pada ebntang 20 meter dan pada bentang 30 meter.

Gambar 3.3. Perencanaan Bridge Beam menggunakan Rangka Baja Sumber: https://www.youtube.com/watch?v=bywb9sLMw3I

3.2. Desain Data

3.2.1. Perencanaan Umum

Dimensi bangunan yang direncanakan pada penelitian ini adalah :  Menggunakan desain sendi – sendi dalam perencanaan.

 Bentang bridge beam ( sendi – sendi) yang digunakan adalah sebesar 20 meter (bentang menengah) dan 30 meter (bentang panjang).

 Kemiringan (α) rangka bridge beam yang dipakai adalah sebesar 45 o  Mutu profil baja _, diambil = 240 Mpa ( 2400 kg/cm2 ₎

 Fungsi bridge beam adalah untuk pemasangan hoist crane untuk gudang ataupun industri.

 Bangunan hanya ditinjau dalam dua dimensional. Apabila bangunan cukup kuat setelah ditinjau dalam dua dimensi, maka secara teoritis dan literatur yang sudah pernah ada sebelumnya, bangunan otomatis lebih kuat apabila ditinjau secara tiga dimensional.

3.2.2. Beban-Beban yang Bekerja

Beban adalah gaya luar yang bekerja pada suatu struktur.gaya adalah sebuah vector yang mempunyai besar dan arah. Pada umumnya penentuan besarnya beban hanya merupakan perkiraan. Meskipun beban yang bekerja pada suatu lokasi dari struktur dapat diketahui secara pasti, namun distribusi beban dari elemen ke elemen lainnya umumnya memerlukan asumsi dan pendekatan pada beban yang bekerja

secara maksimum. Jenis beban yang biasa diperhitungkan pada perencanaan struktur bangunan antara lain :

3.2.2.1. Beban Mati

Menurut (Peraturan Pembebanan Indonesia,1983), beban mati merupakan berat dari semua bagian dari suatu struktur yang bersifat tetap selama masa layannya, termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian, mesin-mesin serta peralatan tetap yang merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari struktur tersebut. Yang termasuk beban mati adalah berat struktur sendiri dan juga semua benda yang tetap pada posisinya selama struktur berdiri. Beban mati tetap berada pada struktur dan tidak berubah sesuai dengan sistem struktur dan material yang digunakan.

Besarnya massa jenis bahan struktur pada suatu bangunan dapat dilihat pada tabel di bawah ini :

No Konstruksi Berat Satuan

1 Baja 7850 Kg / m3

2 Beton bertulang 2400 Kg / m3

3 Beton 2200 Kg / m3

4 Dinding pas. Bata 1/2 bata 250 Kg / m2 5 Dinding pas. Bata 1 bata 450 Kg / m2 6 Curtain wall + rangka 60 Kg / m2 7 Cladding + rangka 20 Kg / m2 8 Pasangan batu kali 2200 Kg / m3 9 Finishing lantai (tegel) 2200 Kg / m3 10 Plafon + penggantung 20 Kg / m2

11 Mortar 2200 Kg / m3

12 Tanah, Pasir 1700 Kg / m3

13 Air 1000 Kg / m3

Pada tugas akhir ini beban mati yang akan bekerja haya ada 1 macam, yaitu : berat sendiri balok dengan mengunakan baja.

3.2.2.2. Beban Hidup

Menurut (Peraturan Pembebanan Indonesia, 2013). beban hidup adalah semua beban yang terjadi akibat penghunian atau penggunaan suatu struktur termasuk beban-beban pada lantai yang berasal dari berat manusia, barang-barang yang dapat berpindah, mesin-mesin serta peralatan yang tidak merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari struktur dan dapat diganti selama masa layan dari struktur tersebut sehingga menyebabkan perubahan dalam pembebanan lantai dan atap tersebut. Khusus untuk atap, beban hidup dapat termasuk beban yang berasal dari air hujan, baik akibat genangan maupun akibat tekanan jatuh butiran air.

Hunian atau penggunaan Merata (kN/m2_{) Terpusat} (kN) Apartemen (lihat rumah tinggal)

Sistem lantai akses

Ruang kantor 2,4 8,9

Ruang computer 4,79 8,9

Gudang persamaanenjataan dan ruang latihan

7,18a

Ruang pertemuan

Kursi tetap (terikat di lantai) 4,79a

14 Kayu 900 Kg / m3

15 Aspal 1400 Kg / m3

16 Instalasi pumbing 50 Kg / m2

Tabel 3-2 Beban hidup menurut kegunaan Sumber: SNI 03-1727-1989-F

Lobi 4,79a Kursi jenis dapat dipindahkan 4,79a

Panggung siding 4,79a

Lantai podium 7,18a

Balkon dan dek 1,5 kali beban hidup untuk daerah yang dilayani. Tidak perlu melebihi 7,79 kN/m2 Jalur untuk askses pemeliharaan 1,92

Koridor 4,79 sama seperti

pelayanan hunian kecuali disebutkan lain Lantai pertama

Latai lain

Ruang makan dan restoran 4,79a Hunian (lihat rumah tinggal)

Ruang mesin elevator (pada daerah 50mm x 50mm

1,33

Konstruksi pelat lantai finishing ringan (pada area 25mm x 25mm)

0,89

Jalur penyelamatan terhadap kebakaran 4,79 Hunian satu keluarga saja 1,92

Tangga permanen Lihat pasal 4.5

Garasi/Parkir 192a,b,c

Mobil penumpang saja Truk dan bus

Susunan tangga, rel pengaman dan batang pegangan

Lihat pasal 4.5 Tabel 3-2 (lanjutan)

Helipad 2,87de tidak boleh direduksi Rumah sakit :

Ruang operasi, laboratorium 2,87 4,45

Ruang pasien 1,92 4,45

Koridor diatas lantai pertama 3,83 4,45 Hotel (lihat rumah tinggal)

Perpustakaan

Ruang baca 2,87 4,45

Ruang penyimpanan 7,18a,h _4,45

Koridor diatas lantai pertama 3,83 4,45 Pabrik

Ringan 6a 8,9

Berat 11,97a _13,4

Gedung perkatoran :

Ruang arsip dan computer harus dirancang untuk beban yang lebih berat berdasarkan pada perkiraan hunian Lobi dan koridor lantai pertama Kantor

Koridor diatas lantai pertama 4,79 8,9

2,4 8,9

3,83 8,9

Lembaga hokum

Blok sel 1,92

Koridor 4,79

Tempat rekreasi

Tempat bowling, kolam renang, dan penggunaan yang sama

3,59a

Bangsal dansa & Ruang dansa

Gimnasium 4,79a

Tempat menonton baik terbuka/tertutup 4,79a Stadium & tribun/arena dengan tempat

duduk tetap

4,79a,k

2,87a,k

Rumah tinggal

Hunian (satu keluarga dan dua keluarga) Loteng yang tidak dapat didiami tanpa gudang

0,48l

Loteng yang tidak dapat didiami dengan gudang

0,96m

Loteng yang dapat dididami dan ruang tidur

1,44

Semua ruang kecuali tangga dan balkon 1,92 Semua hunian rumah tinggal lainnya

Ruang pribadi dan koridor yang melayani mereka

1,92

Ruang publica dan koridor yang melayani mereka

4,79

Atap

Atap datar, berbubung, dan lengkung 0,96n Tabel 3-2 (lanjutan)

Atap digunakan untuk taman atap 4,79

Atap yang digunakan untuk tujuan lain Sama seperti hunian dilayani

Atap yang digunakan untuk hunian lainnya

Awning dan kanopi 0,24 tidak boleh direduksi Konstruksi pabrik yang didukung oleh

struktur rangka kaku ringan

0,24 tidak boleh direduksi dan berdasarkan luas tributary dari atap yang

ditumpu oleh rangka0,96

Rangka tumpu layar penutup 0,96 0,89

Semua konstruksi lainnya

Komponen struktur atap utama, yang terhubung langsung dengan pekerjaan lantai

8,9

Titik panel tunggal dari batang bawah rangka atap atau setiap titik sepanjang komponen struktur utama yang mendukung atap diatas pabrik, gudang dan perbaikan garasi

Semua komponen struktur atap utama lainnya

1,33 Tabel 3-2 (lanjutan)

Semua permukaan atap dengan beban pekerja pemeliharaan

1,33

Sekolah

Ruang kelas 1,92 4,5

Koridor diatas lantai pertama 3,83 4,5

Koridor lantai pertama 4,79 4,5

Bak-bak/scuttles, rusuk untuk atap kaca dan langit-langit yang dapat diakses

0,89

Pinggir jalan untuk pejalan kaki, jalan lintas kendaraan, dan lahan/jalan untuk truk-truk

11,97a,p _35,6q

Tangga dan jalan keluar 4,79 300r

RUmah tinggal untuk satu dan dua keluarga saja

1,92 300r

Gudang diatas langit-langit 0,96 Gudang penyimpan barang sebelum

disalurkan ke pengecer (jika diantisipasi menjadi gudang penyimpanan, harus dirancang untuk beban lebih berat)

Ringan 6a

Berat 11,97a

Toko Eceran

Lantai pertama 4,79 4,45

Lantai diatasnya 3,59 4,45

Grosir, disemua lantai 6a _4,45

Penghalang kendaraan Lihat pasal 4.5 Susuran jalan dan panggung yang

ditinggikan (selain jalan keluar)

2,87

Pekarangan dan teras, jalur pejalan kaki 4,79a

3.2.3. Kombinasi Pembebanan

Menurut SNI 1727-2013 Struktur, komponen, dan fondasi harus dirancang sedemikian rupa sehingga kekuatan desainnya sama atau melebihi efek dari beban terfaktor dalam kombinasi berikut:

1) 1,4 D

2) 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (LR atau S atau R)

3) 1,2 D + 1,6 (LR atau S atau R) + (L atau 0,5 W) 4) 1,2 D + 1,0 W + 0,5 (LR atau S atau R)

5) 1,2 D + 1,0 E + L + 0,2 S 6) 0,9 D + 1,0 W

7) 0,9 D + 1,0 E Dimana:

D adalah beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruks permanen, termasuk dinding, lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan tetap

L adalah beban hidup yang ditimbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut, tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-lain

LRadalah 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 genangan air

W adalah beban angin Sumber: SNI 1727-2013

S adalah beban salju

R adalah beban hujan

E adalah beban gempa

3.2.4. Kombinasi Pembebanan pada Crane (derek)

Pembebanan derek tidak bisa kita samakan dengan kombinasi pembebanan diatas. Dikarenakan derek yang bergerak memiliki nilai beban terpusat yang cukup besar sehingga diperlukan parameter tersendiri.

3.2.4.1. Gaya Impak Vertikal

Beban hidup derek adalah berdasarkan nilai kapasitas dari derek tetapi pada bagian beban rencana untuk bridge beam, runway beam dan sebagainya harus memasukan nilai dari gaya impak vertikal dan lateral yang diakibatkan oleh derek yang bergerak.

Impak menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia adalah benturan (tumbukan) dan dampak yang kuat (pengaruh). Dalam perancangan struktur dengan beban getaran yang tidak biasa dan ada gaya impak perlu pengaturan yang tersendiri. Berikut adalah persamaanentase nilai dari pengaruh gaya impak vertikal atau gaya getaran beban derek menurut SNI 1727-2013,

JENIS DEREK PERSAMAANENTASE

(%)

Derek rel tunggal (dengan tenaga) 25

Kabin dengan operator atau derek jembatan dioperasikan secara remote( dengan tenaga)

Derek jembatan dioperasikan dengan gantungan (dengan tenaga)

10

derek jembatan atau derek rel tunggal dengan jembatan gigi berkendali tangan, troli, dan alat pengangkat

0 Tabel 3-3 gaya impak tambahan

3.2.4.2. Gaya Lateral

Pada balok runway beam tentunya memiliki gaya horizontal . Gaya lateral diasumsikan bekerja arah horizontal pada permukaan traksi dari balok runway. Gaya lateral pada derek balok runway beam dengan troli bertenaga listrik menurut SNI 1727-2013 diambil nilai sebesar 20 % dari jumlah nilai kapasitas derek dan beban dari alat angkat dan troli.

3.3. Perhitungan Manual Menggunakan Parameter SNI 1729-2015 dan Peraturan yang Berkaitan

3.3.1. Detail Perencanaan

Gambar-gambar kerja atau spesifikasi atau kedua-duanya untuk komponen struktur atau struktur baja secara keseluruhan harus mencantumkan hal-hal berikut:

1) ukuran dan peruntukan tiap-tiap komponen struktur;

2) ukuran dan kategori baut dan pengelasan yang digunakan pada sambungan-sambungan;

3) ukuran-ukuran komponen sambungan;

4) lokasi dan detail titik kumpul, serta sambungan dan sambungan lewatan yang direncanakan;

5) setiap kendala pada saat pelaksanaan yang diasumsikan dalam perencanaan;

6) lawan lendut untuk setiap komponen struktur; 7) ketentuan-ketentuan lainnya.

3.3.2. Batas-Batas Lendutan

Lendutan atau biasanya disebut defleksi adalah perubahan bentuk pada balok dalam arah y akibat adanya pembebanan vertikal yang diberikan pada balok atau batang. Deformasi pada balok secara sangat mudah dapat dijelaskan berdasarkan defleksi balok dari posisinya sebelum mengalami pembebanan. Defleksi diukur dari permukaan netral awal ke posisi netral setelah terjadi deformasi.

Batas-batas lendutan untuk keadaan kemampuan-layan batas harus sesuai peraturan yang berlaku. Batas lendutan maksimum menurut AISC Design Guide#7 diberikan dalam Tabel 3-4.

3.3.3. Kuat Lentur Nominal Penampang

Kuat lentur nominal, Mn , harus nilai terendah yang diperoleh sesuai dengan keadaan batas dari leleh (momen plastis) dan tekuk torsi lateral sesuai dengan peraturan yang berlaku.

3.3.3.1. Kuat Nominal pada Komponen Struktur I Kompak

Pada SNI 1729-2015 komponen struktur I kompak adalah sebagai berikut: 1) Untuk komponen struktur yang memenuhi kuat nominal

komponen struktur terhadap momen lentur adalah

= …..persamaan(3.1) 2) Untuk komponen struktur yang memenuhi kuat

nominal komponen struktur terhadap momen lentur adalah

= . [ − -0,7. . . −

− ]

KONDISI BATAS LENDUTAN

Defleksi maksimal arah vertikal

Defleksi maksimal arah horizontal (maksimum 10 mm)

* L adalah panjang bentang Sumber: AISC Design Guide#7

…..persamaan(3.2) 3) Untuk komponen struktur yang memenuhi kuat nominal

komponen struktur terhadap momen lentur adalah

Mn = Fcr . Sx ≤ Mp …..persamaan(3.3) Dimana:

= � . �2 .

(� )2 √ + ,

.

� . � …..persamaan(3.4)

= , . �

, . � .+ + + …..persamaan(3.5)

= , . . √ …..persamaan(3.6)

= √_� …..persamaan(3.7)

= , _, √_{� ℎ} �

0+ √ �

� ℎ0+ ,

, _…..

persamaan(3.8)

= √√ _� . � …..persamaan(3.9)

= . . …..persamaan(3.10)

= − …..persamaan(3.11)

= ( . ) + ( . . ) …..persamaan(3.12)

Keterangan :

Mmax = Momen maksimum pada bentang yang ditinjau. MA = Momen pada ¼ bentang.

MB = Momen pada ½ bentang. MC = Momen pada ¾ bentang.

Cb = Koefisien pengali momen tekuk torsi lateral.

= Panjang bentang antara 2 pengekang yang berdekatan, mm. = Jari-jari girasi terhadap sumbu tengah, mm.

A = Luas penampang, mm2. Sx = Modulus penampang, mm3. J = Konstanta torsi,mm4

Cw = Konstanta wraping,mm6

3.3.3.2. Kuat Nominal pada Komponen Struktur Berbentuk Persegi atau Persegi Panjang

Pada SNI 1729-2015 komponen struktur berbentuk persegi atau persegi panjang adalah sebagai berikut:

a. Tekuk lokal pelat sayap

1. Untuk penampang kopak, keadaan batas dari tekuk lokal sayap tidak diterapkan

2. Untuk penampang sayap non kompak

= − ( − ). , √ − ,

....persamaan(3.13) 3. Untuk penampang dengan sayap langsing

= . ....persamaan(3.14)

b. Tekuk lokal pelat badan

1. Untuk penampang kompak, keadaan batas dari tekuk lokal badan tidak diterapkan.

2. Untuk penampang dengan badan nonkompak

= − ( − ). , ℎ √ − ,

Keterangan :

= Panjang bentang antara 2 pengekang yang berdekatan, mm. A = Luas penampang, mm2.

Sx = Modulus penampang, mm3_. J = Konstanta torsi,mm4

Se = modulus penampang efektif ditentukan dengan lebar efektif, be , dari sayap tekan diambil sebesar:

= , √ [ − ,

⁄ √ ] ....persamaan(3.16)

3.3.4. Faktor Kelangsingan

3.3.4.1. Faktor Kelangsingan memikul tekan aksial

Pada SNI 1729-2015 rasio tebal terhadap lebar elemen tekan komponen struktur memikul tekan aksial adalah sebagai berikut :

No ELEMEN Rasio

lebar tebal

λr batas tidak langsing

DESKRIPSI PENAMPANG

1 Sayap profil gilas I-WF, UNP dan Tee,atau siku ganda

tanpa spasi, juga pengaku pada profil

gilas

, √

2 Sayap profil built-up IWF simetri ganda dan pelat pengakunya

, √�

Tabel 3-5 faktor kelangsingan terhadap tekan aksial

Tabel 3-5 (lanjutan) 3 Lengan profil siku

tunggal atau ganda dengan pemisah, atau

pelat pengaku bebas yang lain

, √

4 Lengan profil Tee �

, √

5 Badan profil I simetri ganda dan

UNP

ℎ

, √

6 Sayap profil kotak

ketebalan sama , √

7 Cover-plate / pelat diaphragm antar alat

sambung

, √

8 Elemen profil yang

tertahan secara umum , √

Tabel 3-5 (lanjutan)

9 pipa

, √

3.3.4.2. Faktor Kelangsingan memikul lentur

Pada SNI 1729-2015 rasio tebal terhadap lebar elemen tekan komponen struktur memikul lentur adalah :

ELEMEN Rasio lebar tebal

λp kompak / nonkompak

λr kompak / nonkompak

DESKRIPSI PENAMPANG

Sayap profil gilas I-WF, UNP dan Tee

, √ , √

Sayap profil tersusun I-WF, simetri

ganda dan tunggal

, √ , √

Sumber: Tabel B4.1a SNI 1729-2015

Tabel 3-6 faktor kelangsingan terhadap lentur

S Lengan profil siku

tunggal

, √ , √

Sayap profil I-WF dan UNP pada sumbu lemah

, √ , √

Lengan profil Tee

�

, √ , √

Badan profil I simetri ganda dan

UNP

ℎ

, √ , √

Badan profil I simetri

tunggal

ℎ

, √

Sayap profil kotak ketebalan

sama

, √ , √

Tabel 3-6 (lanjutan)

3.3.5. Perencanaan Batang Tekan

Batang tekan adalah suatu komponen struktur yang menahan gaya tekan konsentris akibat beban terfaktor (� ), menurut SNI 1729-2015 harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :

� ≤ ∅� …..persamaan(2.13) Dimana kekuatan tekan nominal, Pn , harus ditentukan berdasarkan keadaan batas dari tekuk lentur:

� = . ....persamaan(3.17)

Tegangan kritis, Fcr , ditentukan sebagai berikut: Sayap pelat

penutup/ diaphragm

antar alat sambung

, √ , √

Badan profil kotak ketebalan

sama

ℎ

, √ , √

pipa

, √ , √

Sumber: Tabel B4.1b SNI 1729-2015

a) Bila , √

= [ , �� ] ....persamaan(3.18) b) Bila , √

= , ....persamaan(3.19)

Keterangan :

� = Gaya tekan terfaktor.

ø = Faktor reduksi kekuatan, 0.9 .

� = Kuat tekan nominal komponen struktur.

Fe = tegangan tekuk kritis elastis ditentukan sesuai dengan persamaan

berikut: = �2₂ ....persamaan(3.20)

3.3.6. Perencanaan Batang Tarik

Batang tarik adalah suatu komponen struktur yang mmenerima gaya tarik aksial murni akibat beban terfaktor (� ), menurut SNI 1729-2015 harus

memenuhi persamaanyaratan sebagai berikut :

� � ≤ ∅� …..persamaan(2.14) Dimana kekuatan tarik nominal, Pn , harus ditentukan sesuai keadaan batas dari leleh Tarik pada penampang bruto dan keruntuhan Tarik pada penampang neto. Dimana persamaanamaaan yang digunakan sebagai berikut:

a) Untuk leleh tarik pada penampang bruto

� = . ....persamaan(3.21)

b) Untuk keruntuhan Tarik pada penampang neto:

� = . ....persamaan(3.22)

Keterangan :

� = Gaya tekan terfaktor.

ø = Faktor reduksi kekuatan, 0.9 .

� = Kuat tekan nominal komponen struktur Ae = Luas neto efektif, mm2

Ag =Luas bruto dari komponen struktur, mm2

Fy =Tegangan leleh minimum yang diisyaratkan, Mpa Fe = Kekuatan tarik minimum yang diisyaratkan, Mpa U =Faktor shear lag, dengan ketentuan seperti berikut:

NO DESKRIPSI ELEMEN FAKTOR SHEAR LAG, U

CONTOH

1 Semua komponen struktur tarik dimana beban tarik disalurkan secara langsung ke setiap elemen

profil melintang melalui sarana penyambung atau las-las (kecuali

seperti dalam kasus 4, 5, dan6)

2 Semua komponen struktur tarik, kecuali pelat dan PSB, dimana

beban tarik disalurkan ke beberapa tetapi tidak semua dari profil elemen melintang melalui

sarana penyambung atau las longitudinal atau melalui las longitudinal dalam kombinasi dengan las transversal. (secara

Tabel 3-7 faktor shear lag

alternatif, untuk W, M, S dan HP, kasus 7 dapat digunakan. untuk

baja siku, kasus 8 dapat digunakan)

3 semua komponen struktur tarik dimana beban tarik hanya disalurkan melalui las transversal

ke beberapa tetapi tidak semua dari elemen profil melintang

4 pelat dimana beban tarik disalurkan melalui hanya las

longitudinal

5 PSB bundar dengan sebuah pelat buhul konsentris tunggal

6 PSB persegi dengan sebuah pelat bahul

konsentris tunggal

dengan dua sisi pelat buhul

Tabel 3-7 (lanjutan)

7 bentukk W, M, S atau HP

atau T memotong dari bentuk-bentuk ini

(jika U

dihitung dalam ksusu 2, nilai yang lebih besar diizinkan untuk digunakan) dengan sayap disambungkan

dengan 3 atau lebih saarana penyambung per

baris di arah pembebanan

dengan badan disambungkan

dengan 4 atau lebih sarana penyambung per

baris diarah pembebanan

8 siku tunggal dan ganda

(jika

Udigantung dalam kasus 2, nilai yang lebih besar

diizinkan untuk digunakan).

dengan 4 atau lebih sarana penyambung per

baris di arah pembebanan

dengan 3 sarana penyambung per

baris diarah

Tabel 3-7 (lanjutan)

pembebanan (dengan lebih

sedikit dari 3 sarana penyambung per

baris di arah pembebanan, gunakan kasus 2)

Sumber: Tabel D3.1 SNI 1729-2015

BAB IV

PERENCANAAN STRUKTUR

4.1 Geometri Struktur

Panjang bridge beam yang akan ditinjau adalah sebesar 20 meter dan 30 meter .

4.2 Data Material

Material baja yang digunakan dalam desain struktur baja ini adalah baja Hot-Rolled ( Profil WF , C , T , dan pelat baja ) dengan data seperti berikut:

 kekuatan leleh : Fy = 240 Mpa,  Modulus Elastisitas : E = 200.000 Mpa,  Modulus Geser : G = 80.000 Mpa 4.3 Pembebanan

Pembebanan yang ditinjau sebagai beban desain dalam perhitungan perencanaan struktur dalam penelitian ini yaitu :

1. Beban Mati ( Dead Load )

Mencakup berat sendiri profil baja dengan massa jenis baja (γbaja) sebesar 7850 Kg/m3 yang terdapat pada tabel Tabel 3-1.

2. Beban Hidup ( Live Load )

Mencakup beban-beban crane ( Pcrane ) sebesar 10 ton ( 10.000 kg) 4.4 Proses Perhitungan

Pada tugas akhir ini pemilihan ukuran gelagar bridge beam pada hoist crane digunakan sistem trial and eror (coba- coba) hingga lendutan yang terjadi mendekati lendutan izin. Hasil yang dicantumkan pada tugas akhir ini adalah hasil perhitungan akhir atau hasil bobot teringan.

4.4.1. Profil IWF dan Profil Box-Girder

Pada profil IWF dan Box-girder tata cara sistem trial and eror adalah sebagai berikut:

1. Menentukan data profil terlebih dahulu 2. Lalu dihitung data properti penampang

3. Menghitung gaya-gaya dalam ultimit pada balok

4. Mencari nilai momen nominal hingga lebih besar dari nilai momen ultimit.

5. Mencari nilai geser nominal hingga melebihi nilai geser ultimit 6. Mencari nilai lendutan terjadi hingga mendekati nilai lendutan izin.

Jika pada poin 4 sampai 6 tidak memenuhi maka langkah yang dilakukan terlebih dahulu adalah:

1. Menambah tinggi profil sehingga mendekati atau melebihi nilai ultimit ataupun medekati batas izin

2. Jika menambah tinggi profil bisa mendapatkan nilai lendutan terjadi terlalu kecil atau pun terlalu jauh dari nilai batas izin maka lakukan poin ke 3.

3. Penambahan tinggi profil diganti dengan penambahan lebar profil sehingga bisa mendapatkan nilai lendutan yang mendekati nilai batas izin.

4.4.2. Rangka Baja

Pada rangka baja tata cara sistem trial and eror adalah sebagai berikut:

1. Membuat pemodelan pada program SAP2000. ( bagian atas dan bawah menggunakan profil double-tee dengan bantuan pelat 8 mm sebagai penyambung , bagian diagonal menggunakan profil UNP, dan bagian tengah pelat baja 8 mm)

2. Pemilihan penampang menggunakan bantuan tabel baja sehingga nilai properti penampang telah diketahui.

3. Menentukan nilai data properti penampang dan dimasukkan pada SAP 2000.(dikarenakan double-tee + pelat 8mm tidak memiliki nilai properti penampang pada SAP2000 maka dimasukkan pada other 

general dengan perhitungan manual).

4. Sebelum menjalankan hasil analisis SAP2000 terlebih dahulu memilih semua lalu assign  frame release/partial fixity lalu

checklist semua kotak kosong pada momen 2-2 dan momen 3-3 dikarenakan rancangan yang dibuat adalah rangka yang belum bisa dianggap 1 kesatuan pada buhul yang akan disambung.

5. Pembebanan crane pada balok ada 3 macam yang dapat dilihat pada subbab perencanaan balok rangka baja.

6. Jalankan hasil analisis SAP2000 jika nilai lendutan (U3) pada batang tengah melebihi batas izin maka langkah yang diambil adalah memperbesar profil double-tee+pelat pada bagian atas dan bawah. 7. Klik tombol start steel design jika warna merah pada hasil analisis

rasio maka batang yang direncanakan harus diganti dengan profil yang lebih besar.

8. Dihitung secara manual ulang untuk dapat memastikan keamanan pada rangka baja tersebut.

4.5 Perencanaan Balok Hoist Crane Bentang 30 meter 4.5.1. Perencanaan Balok IWF Built-Up

 Pada perencanaan ini menggunakan 2 gelagar bridge beam  Data profil IWF built-up adalah sebagai berikut:

B = 600 mm H = 1144 mm Hw= 1100 mm tw = 18 mm tf = 22 mm

 Data properti penampang adalah sebagai berikut:

A = . . + . = 46200 mm2

q = . γbaja = 362,67 kg/m

Ix = { [ . . ] + [ . . − ] } + { . } = 6,15 .109 _mm4

Iy = [( . . ) + . ] = 7,93 . 108 _mm4

Sx =

, . = 1,07 . 10

7 _mm3 Sy =

, . = 2,64 . 10

6 _mm3 Zx = [ . . − ] + . . = 2,02 . 107 _mm3

Zy = , . = 3,96 . 106 _mm3

 Perhitungan gaya-gaya dalam ultimit pada balok hoist-crane :

Panjang bentang hoist-crane : L = 30 m = 30000 mm Beban crane pada 1 balok : P = 5 Ton = 5000 kg Faktor kejut ( impact factor ) = 1,25 Beban crane desain : P = 5 Ton . 1,25 = 6,25 Ton Momen ultimit :

= , . . . = 48960,45 kg.m

= , . . �. = 75000 kg.m

Mu = MDL + MLL = 123960,45 kg.m = 1239,6045 KN.m Gaya geser maksimum akibat beban crane :

VLL = 1,6 ( P/2 ) = 10000 kg Vu = VDL + VLL = 23056,12 kg  Cek kelangsingan penampang

1. Penampang sayap

Cek penampang sayap :

b / t = 27,27272

λp =0,38 . (E.Fy)^0,5 10,96966

λr =1,00 . (E.Fy)^0,5 28,86751 ini adalah jenis penampang Non-kompak

2. Penampang badan

 Parameter tekuk lateral (LTB) 1. Mencari nilai Lp

Nilai Lp

= √ = 130,975 mm

= , . . √ = 6654,419 mm

Cek penampang badan :

b / t = 61,11111

λp =3,76 . (E.Fy)^0,5 108,5419 λr =5,70 . (E.Fy)^0,5 164,5448

2. Mencari nilai Lr

Nilai Lr

Ho= H - tf = 1122 mm

= . . = 2,49 . 1014 mm6

= √√ _�. =

203,322 mm

C untuk profil I simetris ganda = 1

= , _, √_{� ℎ}

0+ √� ℎ0+ , ,

=

30923,114 mm

 Mencari nilai momen nominal 1. Kondisi pelelehan

Mn = Mp = Zx. Fy = 4861,296 KN.m

2. Kuat nominal komponen struktur terhadap momen lentur

Dikarenakan komponen struktur memenuhi syarat ≤ ≤ maka kuat nominal komponen struktur terhadap momen lentur adalah sebagai berikut:

= , . �

, . � .+ + + = 0,865595

= . [ − -0,7.� . . ( − �

�− �)] = 1511,292 KN.m

Dengan syarat :

3. Tekuk lokal pelat sayap

Dikarenakan pada pelat sayap adalah penampang Non-kompak maka:

= . [ − -0,7.� . . (λ −λ�

λ�−λ�)] = 1645,847 KN.m

4. Tekuk lokal pelat badan

Dikarenakan pada pelat sayap adalah penampang kompak maka tekuk lokal pada pelat sayap tidak terjadi.

Nilai momen nominal yang diambil adalah nilai momen nominal terkecil, yaitu 1511,292 KN.m .

 Kontrol terhadap lentur

ØMn > Mu

(0,9) . 1511,292 KN.m > 1239,6045 KN.m 1360,163 KN.m > 1239,6045 KN.m Nilai ØMn lebih besar daripada Mu maka memenuhi syarat

 Kontrol terhadap geser

Vn = 0,6 Fy Aw Cv = 285120 kg

ØVn > Vu

(0,9) . 285120 kg > 23056,12 kg

256608 kg > 23056,12 kg

 Kontrol terhadap lendutan

∆ � > ∆ �

> . .

. . + �.

. .

60 mm > 59,66 mm

Nilai ∆ � lebih besar daripada ∆ � maka memenuhi syarat  Berat bridge beam pada desain ini adalah sebesar 21760,2 kg

4.5.2. Perencanaan Balok Box-Girder Built-Up

 Pada perencanaan ini menggunakan 2 gelagar bridge beam  Data profil BOX-GIRDER built-up adalah sebagai berikut:

B1 = 450 mm B = 500 mm H = 1028 mm Hw= 1000 mm tw = 12 mm tf = 14 mm

 Data properti penampang adalah sebagai berikut:

A = . . + . . = 38000 mm2

q = . γbaja = 298,3 kg/m

Ix = { [ . . ] + [ . . − ] } + { . [ . ]} = 5,59 .109 mm4 Iy = . . . + . + . . . = 1,04.109 _mm4

Sx =

, . = 1,09 .10

7 _mm3 Sy =

, . = 4,16 .10

6 _mm3 Zx = [ . . − ] + . . = 1,31 .107 _mm3 Zy =[ . . − ] + . . = 7,15 .106 mm3 J = . . + . . = 6,2 .106 mm4

 Perhitungan gaya-gaya dalam ultimit pada balok hoist-crane :

Panjang bentang hoist-crane : L = 30 m = 30000 mm Beban crane pada 1 balok : P = 5 Ton = 5000 kg Faktor kejut ( impact factor ) = 1,25 Beban crane desain : P = 5 Ton . 1,25 = 6,25 Ton

Momen ultimit :

= , . . . = 40270.5 kg.m

= , . . �. = 75000 kg.m

Mu = MDL + MLL = 115270,5 kg.m = 1152,705 KN.m Gaya geser maksimum akibat beban crane :

VDL = 1,2 (qu . L) = 10738,8 kg VLL = 1,6 ( P/2 ) = 10000 kg Vu = VDL + VLL = 20738,8 kg

 Cek kelangsingan penampang 1. Penampang sayap

Cek penampang sayap :

b / t = 32,14286

λp = 32,33162

λr = 40,41452

ini adalah jenis penampang kompak

2. Penampang badan

Cek penampang badan :

b / t = 83,333333

λp = 69,85938

λr = 164,5448

 Mencari nilai momen nominal 1. Kondisi pelelehan

Mn = Mp = Zx. Fy = 3143,52 KN.m 2. Tekuk lokal pelat sayap

Dikarenakan pada pelat sayap adalah penampang kompak maka tekuk lokal pada pelat sayap tidak terjadi.

3. Tekuk lokal pelat badan

Dikarenakan pada pelat badan adalah penampang Non-kompak maka:

= − ( − � . ). , . ℎ . √ − , = 3068,125 KN.m

Dengan syarat :

≤ �

Nilai momen nominal yang diambil adalah nilai momen nominal terkecil, yaitu 3068,125 KN.m .

 Kontrol terhadap lentur

ØMn > Mu

(0,9) . 3068,125 KN.m > 1237,485 KN.m 2761,312323 KN.m > 1237,485 KN.m Nilai ØMn lebih besar daripada Mu maka memenuhi syarat

 Kontrol terhadap geser

ØVn > Vu

(0,9) . 345600 kg > 22999,6 kg

311040 kg > 22999,6 kg

Nilai ØVn lebih besar daripada Vu maka memenuhi syarat  Kontrol terhadap lendutan

∆ � > ∆ �

> . .

. . + �.

. .

60 mm > 59.492 mm

Nilai ∆ � lebih besar daripada ∆ � maka memenuhi syarat  Berat bridge beam pada desain ini adalah sebesar 17898 kg

4.5.3. Perencanaan Balok Rangka Baja Bentang 30 meter 4.5.3.1. Pemodelan SAP

Pada desain balok rangka baja terdapat 4 jenis batang yang perlu ditinjau, yakni: atas, diagonal, tengah, dan bawah yang dapat dilihat pada gambar 4.2.

4.5.3.2. Penomoran Frame

Penomoran frame pada model rangka baja akan secara langsung ditampilkan pada program Sap 2000.

4.5.3.3. Model Pembebanan Crane pada Balok

Gambar 4.2 jenis batang yang digunakan

Gambar 4.4 pembebanan crane-2 pada tengah bentang

Gambar 4.5 pembebanan crane-3 pada tengah bentang daerah tengah frame

4.5.3.4. Hasil Analisa Struktur

Hasil analisa struktur dapat dilihat atau ditinjau melalui bantuan program SAP 2000.

4.5.3.5. Perencanaan Batang Atas

Gaya – gaya ultimit yang bekerja pada batang atas terletak pada frame 45 dengan kombinasi pembebanan 1,2 D + 1,6 L(3) sebesar Pu = 174953,35 kg (tekan)

Digunakan baja tee 200x200x13x8 ditambah pelat penyambung 8 mm dengan data sebagai berikut :

Hw= 187 mm

H= 208 mm

B= 200 mm

tf= 21 mm

tw= 8 mm

y= 170.185 mm a= 16.8146 mm

A = . . + . . = 11392 mm2

q = . γbaja = 89,427 kg/m

Ix = [ . . + ( . . )] + [ . . � + ( . �. )] +

[ . . . ( ) + ( . . . + � )] = 3,28 .107 mm4

Iy = [ . . + ( . . )] + . . . = 1,42 . 108 _mm4 Zx = { [ . . ] + [�. . ] + [ . . � + ] } = 4,63 . 105 _mm3

Zy = . = 2,27. 106 mm3

Sx =

, . = 1,93 . 10

Sy =

, . = 7,09 . 10

5 _mm3

rx = = 53,73 mm

ry = = 111,621 mm

Cek kelangsingan:

= 18,611 _{, √ = ,}

Dikarenakan ≤ , √ maka nilai tegangan kritis, � adalah

� = �

�

= 266,876 MPa _{� = [ , ] . � = , MPa}

Kuat tekan nominal:

Pn = Fcr .A = 266630,2149 kg

Cek terhadap persyaratan strength limit state :

ØPn > Pu

(0,9) . 266630.2149 kg > 174953,35 kg 239967.1934 kg > 174953,35 kg Nilai ØPn lebih besar daripada Pu maka memenuhi syarat

4.5.3.6. Perencanaan Batang Diagonal

Gaya – gaya ultimit yang bekerja pada batang atas terletak pada frame 61 dengan kombinasi pembebanan 1,2 D + 1,6 L(1) sebesar Pu = 32820,606 kg (tekan).

H= 200 mm

B= 80 mm

tw= 7.5 mm

tf= 11 mm

q = 24,6 kg/m Ix = 1950 cm4 Iy = 177 cm4 rx = 7,89 cm ry = 2,38 cm Sx = 195 cm3 Sy = 30,8cm3 A =31,33 cm2 Cek kelangsingan:

= 59,42 _{, √ = ,}

Dikarenakan ≤ , √ maka nilai tegangan kritis, � adalah

� = �

�

= 145,13 MPa _{� = [ , ] . � = , MPa}

Kuat tekan nominal:

Pn = Fcr .A = 39875,75 kg

ØPn > Pu

(0,9) . 39875,75 kg > 32820,606 kg 35888,17 kg > 32820,606 kg Nilai ØPn lebih besar daripada Pu maka memenuhi syarat

4.5.3.7. Perencanaan Batang Tengah (MIDDLE)

Gaya – gaya ultimit yang bekerja pada batang atas terletak pada frame 23 dengan kombinasi pembebanan 1,2 D + 1,6 L(1) sebesar Pu = 20122,37 kg (tarik) Digunakan pelat penyambung 8 mm dengan data sebagai berikut :

H= 1000 mm

B= 200 mm

t= 8 mm

q = 12,56 kg/m Ix = 533,333 cm4 Iy = 0,8533 cm4 rx = 5,77 cm ry = 0,231 cm Sx = 53,333 cm3 Sy = 2,133 cm3 A =16 cm2

Kuat tarik nominal:

ØPn = 0,9 . Fy . Ag = 34560 kg

ØPn > Pu

34560 kg > 20122,37 kg Nilai ØPn lebih besar daripada Pu maka memenuhi syarat 4.5.3.8. Perencanaan Batang Bawah

Gaya – gaya ultimit yang bekerja pada batang atas terletak pada frame 1 dengan kombinasi pembebanan 1,2 D + 1,6 L(2) sebesar Pu = 81767,679 kg (tarik) Digunakan baja tee 200x200x13x8 ditambah pelat penyambung 8 mm

dengan data sebagai berikut :

Hw= 187 mm

H= 208 mm

B= 200 mm

tf= 21 mm

tw= 8 mm

y= 170.185 mm a= 16.8146 mm

A = . . + . . = 11392 mm2

q = . γbaja = 89,427 kg/m

Ix = [ . . + ( . . )] + [ . . � + ( . �. )]

+ [ . . . ( ) + ( . . . + � )] = 3,28 .107 mm4

Iy = [ . . + ( . . )] + . . . = 1,42 . 108 mm4 Zx = { [ . . ] + [�. . ] + [ . . � + ] } = 4,63 . 105 mm3

Zy = . = 2,27. 106 mm3

Sx =

, . = 1,93 . 10

Sy =

, . = 7,09 . 10

5 _mm3

rx = = 53,73 mm

ry = = 111,621 mm

Kuat tarik nominal:

ØPn = 0,9 . Fy . Ag = 246067,2 kg Cek terhadap persyaratan strength limit state :

ØPn > Pu

246067,2 kg > 81767,679 kg Nilai ØPn lebih besar daripada Pu maka memenuhi syarat

4.5.3.9. KONTROL TERHADAP LENDUTAN

∆ � > ∆ �

> 55,7 mm ( data dari sap 2000)

60 mm > 55,7 mm

Nilai ∆ � lebih besar daripada ∆ � maka memenuhi syarat Total beban pada perencanaan ini adalah 6607,255 kg.

4.6. Perencanaan Balok Hoist Crane Bentang 20 meter 4.6.1. Perencanaan Balok IWF Built-Up

 Pada perencanaan ini menggunakan 2 gelagar bridge beam  Data profil IWF built-up adalah sebagai berikut:

B = 500 mm H = 986 mm Hw= 950 mm tw = 14 mm tf = 18 mm

 Data properti penampang adalah sebagai berikut:

A = . . + . = 31300 mm2

q = . γbaja = 245,705 kg/m

Ix = { [ . . ] + [ . . − ] } + { . } = 3,11 .109 _mm4

Iy = [( . . ) + . ] = 3,75 . 108 mm4

Sx =

, . = 6,31 . 10

6 _mm3

Sy =

, . = 1,50 . 10

6 _mm3

Zx = [ . . − ] + . . = 1,18 . 107 mm3

Zy = , . = 2,25 . 106 _mm3

 Perhitungan gaya-gaya dalam ultimit pada balok hoist-crane :

Panjang bentang hoist-crane : L = 20 m = 20000 mm Beban crane pada 1 balok : P = 5 Ton = 5000 kg Faktor kejut ( impact factor ) = 1,25 Beban crane desain : P = 5 Ton . 1,25 = 6,25 Ton Momen ultimit :

= , . . . = 14742,3 kg.m

= , . . �. = 50000 kg.m

Mu = MDL + MLL = 64742,3 kg.m = 647,423 KN.m Gaya geser maksimum akibat beban crane :

VDL = 1,2 (qu . L) = 5896,92 kg VLL = 1,6 ( P/2 ) = 10000 kg Vu = VDL + VLL = 15896,92 kg

 Cek kelangsingan penampang 1. Penampang sayap

Cek penampang sayap :

b / t = 27,77778

λp =0,38 . (E.Fy)^0,5 10,96966 λr =1,00 . (E.Fy)^0,5 28,86751 ini adalah jenis penampang Non-kompak

2. Penampang badan

 Parameter tekuk lateral (LTB) 1. Mencari nilai Lp

Nilai Lp

= √ = 109,4887 mm

= , . . √ = 5562,772 mm

Cek penampang badan :

b / t = 67,85714

λp =3,76 . (E.Fy)^0,5 108,5419

λr =5,70 . (E.Fy)^0,5 164,5448

2. Mencari nilai Lr

Nilai Lr

Ho= H - tf = 968 mm

= . . = 8,79 . 1013 mm6

= √√ _�. =

169,696 mm

C untuk profil I simetris ganda = 1

= , _, √_{� ℎ}

0+ √� ℎ0+ , ,

=

24812,139 mm

 Mencari nilai momen nominal 1. Kondisi pelelehan

Mn = Mp = Zx. Fy = 2848,98 KN.m

2. Kuat nominal komponen struktur terhadap momen lentur

Dikarenakan komponen struktur memenuhi syarat ≤ ≤ maka kuat nominal komponen struktur terhadap momen lentur adalah

= , . �

, . _� .+ + + = 0,92036216

= . [ − -0,7.� . . ( − �

�− �)] = 731,3373

KN.m

Dengan syarat :

3. Tekuk lokal pelat sayap

Dikarenakan pada pelat sayap adalah penampang Non-kompak maka:

= . [ − -0,7.� . . (λ −λ�

λ�−λ�)] = 994,97 KN.m

4. Tekuk lokal pelat badan

Dikarenakan pada pelat sayap adalah penampang kompak maka tekuk lokal pada pelat sayap tidak terjadi.

Nilai momen nominal yang diambil adalah nilai momen nominal terkecil, yaitu 731,3373 KN.m .

 Kontrol terhadap lentur

ØMn > Mu

(0,9) . 731,3373 KN.m > 647,423 KN.m 658,20354 KN.m > 647,423 KN.m Nilai ØMn lebih besar daripada Mu maka memenuhi syarat

 Kontrol terhadap geser

Vn = 0,6 Fy Aw Cv = 191520 kg

ØVn > Vu

(0,9) . 191520 kg > 15896,92 kg

172368 kg > 15896,92 kg

 Kontrol terhadap lendutan

∆ � > ∆ �

> . .

. . + �.

. .

40 mm > 24,98 mm

Nilai ∆ � lebih besar daripada ∆ � maka memenuhi syarat  Berat bridge beam pada desain ini adalah sebesar 14742,3 kg

4.6.2. Perencanaan Balok Box-Girder Built-Up

 Pada perencanaan ini menggunakan 2 gelagar bridge beam  Data profil BOX-GIRDER built-up adalah sebagai berikut:

B1 = 300 mm B = 350 mm H = 772 mm Hw= 750 mm tw = 10 mm tf = 11 mm

 Data properti penampang adalah sebagai berikut:

A = . . + . . = 22700 mm2

q = . γbaja =178,195 kg/m

Ix = { [ . . ] + [ . . − ] } + { . [ . ]} = 1,81 .109 mm4 Iy = . . . + . + . . . = 3,08 .108 _mm4 Sx =

, . = 4,709.10

Sy =

, . = 1,76 .10

6 _mm3 Zx = [ . . − ] + . . = 5,74 .106 _mm3 Zy =[ . . − ] + . . =2,91 .106 _mm3 J = . . + . . = 2,43 .106 _mm4

 Perhitungan gaya-gaya dalam ultimit pada balok hoist-crane :

Panjang bentang hoist-crane : L = 20 m = 20000 mm Beban crane pada 1 balok : P = 5 Ton = 5000 kg Faktor kejut ( impact factor ) = 1,25 Beban crane desain : P = 5 Ton . 1,25 = 6,25 Ton

Momen ultimit :

= , . . . = 10691,7 kg.m

= , . . �. = 50000 kg.m

Mu = MDL + MLL = 60691,7 kg.m = 606,917 KN.m Gaya geser maksimum akibat beban crane :

VDL = 1,2 (qu . L) = 4276,68 kg VLL = 1,6 ( P/2 ) = 10000 kg Vu = VDL + VLL = 14276,68 kg

 Cek kelangsingan penampang 1. Penampang sayap

Cek penampang sayap :

b / t = 27,27273

λp = 32,33162

λr = 40,41452

ini adalah jenis penampang Kompak

2. Penampang badan

Cek penampang badan :

b / t = 75

λp = 69,85938

λr = 164,5448

 Mencari nilai momen nominal 1. Kondisi pelelehan

Mn = Mp = Zx. Fy = 1378,164 KN.m 2. Tekuk lokal pelat sayap

Dikarenakan pada pelat sayap adalah penampang kompak maka tekuk lokal pada pelat sayap tidak terjadi.

3. Tekuk lokal pelat badan

Dikarenakan pada pelat badan adalah penampang Non-kompak maka:

= − ( − � . ). , . ℎ . √ − , = 1364,681

KN.m

Dengan syarat :

≤ �

Nilai momen nominal yang diambil adalah nilai momen nominal terkecil, yaitu 1364,681 KN.m .

 Kontrol terhadap lentur

ØMn > Mu

(0,9) . 1364,681 KN.m > 606,917 KN.m 1228,213 KN.m > 606,917 KN.m Nilai ØMn lebih besar daripada Mu maka memenuhi syarat

 Kontrol terhadap geser

Vn = 0,6 Fy Aw Cv = 216000 kg

ØVn > Vu

194400 kg > 14276,68 kg Nilai ØVn lebih besar daripada Vu maka memenuhi syarat

 Kontrol terhadap lendutan

∆ � > ∆ �

> . .

. . + �.

. .

40 mm > 38.8586 mm

Nilai ∆ � lebih besar daripada ∆ � maka memenuhi syarat  Berat bridge beam pada desain ini adalah sebesar 10691,7 kg

4.6.3. Perencanaan Balok Rangka Baja Bentag 20 meter 4.6.3.1. Pemodelan SAP

Pada desain balok rangka baja terdapat 4 jenis batang yang perlu ditinjau, yakni: atas, diagonal, tengah, dan bawah.

4.6.3.2. Penomoran Frame

Penomoran frame pada model rangka baja ini dapat dilihat pada lampiran 3. 4.6.3.3. Model Pembebanan Crane pada Balok

Gambar 4.7 jenis batang yang digunakan

Gambar 4.9 pembebanan crane-2 pada tengah bentang

Gambar 4.10 pembebanan crane-3 pada tengah bentang daerah tengah frame

4.6.3.4. Hasil Analisa Struktur

Hasil analisa struktur dapat dilihat atau ditinjau melalui bantuan program SAP 2000.

4.6.3.5. Perencanaan Batang Atas

Gaya – gaya ultimit yang bekerja pada batang atas terletak pada frame 30 dengan kombinasi pembebanan 1,2 D + 1,6 L(2) sebesar Pu = 110947,152 kg (tekan)

Digunakan baja tee 175x175x11x7 ditambah pelat penyambung 8 mm dengan data sebagai berikut :

Hw= 164 mm

H= 183 mm

B= 175 mm

tf= 19 mm

tw= 7 mm

y= 150,0164 mm a= 13,98357 mm

A = . . + . . = 8946 mm2

q = . γbaja = 70,226 kg/m

Ix = [ . . + ( . . )] + [ . . � + ( . �. )] +

[ . . . ( ) + ( . . . + � )] = 1,96 .107 _mm4

Iy = [ . . + ( . . )] + . . . = 8,54 . 107 _mm4 Zx = { [ . . ] + [�. . ] + [ . . � + ] } = 3,15 . 105 _mm3

Sx =

, . = 1,30 . 10

5 _mm3 Sy =

, . = 4,88 . 10

5 _mm3

rx = = 46,849 mm

ry = = 97,746 mm

Cek kelangsingan:

= 21,345 _{, √ = ,}

Dikarenakan ≤ , √ maka nilai tegangan kritis, � adalah

� = �

�

= 254,587 Mpa _{� = [ , ] . � = , MPa}

Kuat tekan nominal:

Pn = Fcr .A = 144704,2 kg

Cek terhadap persyaratan strength limit state :

ØPn > Pu

(0,9) . 144704,2 kg > 110947,152 kg 130233,8 kg > 110947,152 kg Nilai ØPn lebih besar daripada Pu maka memenuhi syarat

4.6.3.6. Perencanaan Batang Diagonal

Gaya – gaya ultimit yang bekerja pada batang atas terletak pada frame 40 dengan kombinasi pembebanan 1,2 D + 1,6 L(1) sebesar Pu = 29763,305 kg (tekan)

Digunakan baja UNP 150x75x9x12,5 dengan data sebagai berikut :

H= 150 mm

B= 75 mm

tw= 9 mm

tf= 12.5 mm

q = 24,00 kg/m Ix = 1051 cm4 Iy = 147 cm4 rx = 5,86 cm ry = 2,19 cm Sx = 140 cm3 Sy = 28,3 cm3 A = 30,59 cm2 Cek kelangsingan:

= 64,5759 _{, √ = ,}

Dikarenakan ≤ , √ maka nilai tegangan kritis, � adalah

� = �

�

= 135,958 Mpa _{� = [ , ] . � = , MPa}

Kuat tekan nominal:

Cek terhadap persyaratan strength limit state :

ØPn > Pu

(0,9) . 35068,28 kg > 29763,305 kg 31561,45 kg > 29763,305 kg Nilai ØPn lebih besar daripada Pu maka memenuhi syarat

4.6.3.7. Perencanaan Batang Tengah (MIDDLE)

Gaya – gaya ultimit yang bekerja pada batang atas terletak pada frame 78 dengan kombinasi pembebanan 1,2 D + 1,6 L(1) sebesar Pu = 20095,564 kg (tarik) Digunakan pelat penyambung 8 mm dengan data sebagai berikut :

H= 1000 mm

B= 200 mm

t= 8 mm

q = 12,56 kg/m Ix = 533,333 cm4 Iy = 0,8533 cm4 rx = 5,77 cm ry = 0,231 cm Sx = 53,333 cm3 Sy = 2,133 cm3 A =16 cm2

Kuat tarik nominal:

Cek terhadap persyaratan strength limit state :

ØPn > Pu

34560 kg > 20095,564 kg

Nilai ØPn lebih besar daripada Pu maka memenuhi syarat 4.6.3.8. Perencanaan Batang Bawah

Gaya – gaya ultimit yang bekerja pada batang atas terletak pada frame 1 dengan kombinasi pembebanan 1,2 D + 1,6 L(2) sebesar Pu = 45274,859 kg (tarik) Digunakan baja tee 175x175x11x7 ditambah pelat penyambung 8 mm

dengan data sebagai berikut :

Hw= 164 mm

H= 183 mm

B= 175 mm

tf= 19 mm

tw= 7 mm

y= 150,0164 mm a= 13,98357 mm

A = . . + . . = 8946 mm2

q = . γbaja = 70,226 kg/m

Ix = [ . . + ( . . )] + [ . . � + ( . �. )] +

[ . . . ( ) + ( . . . + � )] = 1,96 .107 _mm4

Iy = [ . . + ( . . )] + . . . = 8,54 . 107 _mm4 Zx = { [ . . ] + [�. . ] + [ . . � + ] } = 3,15 . 105 _mm3

Sx =

, . = 1,30 . 10

5 _mm3 Sy =

, . = 4,88 . 10

5 _mm3

rx = = 46,849 mm

ry = = 97,746 mm

Kuat tarik nominal:

ØPn = 0,9 . Fy . Ag = 193233,6 kg Cek terhadap persyaratan strength limit state :

ØPn > Pu

193233,6 kg > 45274,859 kg Nilai ØPn lebih besar daripada Pu maka memenuhi syarat

4.5.3.9. Kontrol Terhadap Lendutan

∆ � > ∆ �

> 28,3 mm ( data dari sap 2000)

40 mm > 28,3 mm

Nilai ∆ � lebih besar daripada ∆ � maka memenuhi syarat Total beban pada perencanaan ini adalah 3598,61 kg.

4.6 Hasil dan Pembahasan

Berikut adalah hasil bobot perencanaan diatas yang dapat kita bandingkan 1)Bentang 30 meter

DESAIN Jenis profil baja Ukuran profil baja (mm)

BOBO T (kg)

Jumlah

gelagar Total bobot (kg)

Rangka baja memiliki bobot lebih ringan (%) PROFIL

IWF IWF

600 x 1144 x 22 x 18

10880,

1 2 21760,2 69,636%

PROFIL BOX GIRDER

Box-girder 500 x 1032 x 14 x

12 8949 2 17898 63,083%

RANGKA BAJA*

Double Tee +

pelat 8 mm 400 x 208 x 21 x 8 5186,766 1

6607,255 -

UNP 200 x 80 x 7,5 x 11 1043,689 1

Pelat 8 mm 8 x 200 376,8 1

2)Bentang 20 meter

DESAIN Jenis profil baja Ukuran profil baja (mm)

BOBOT (kg)

Jumlah

gelagar Total bobot (kg)

Rangka baja memiliki bobot lebih ringan (%) PROFIL

IWF IWF

500 x 986 x 18 x

14 7371,15 2 14742,3 75,59%

PROFIL BOX GIRDER

Box-girder 350 x 772 x 11 x

10 5345,85 2 10691,7 66,34%

RANGKA BAJA*

Double Tee + pelat 8 mm

175 x 183 x 19 x

7 2668,588 1

3598,61 -

UNP 150 x 75 x 9 x

12,5 678,823 1

Pelat 8 mm 8 x 200 251,2 1

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil evaluasi menggunakan 3 macam desain bridge beam yaitu profil IWF, Box-girder, dan rangka baja, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Pada bentang 30 meter rangka baja lebih ringan 69,636% dari desain profil IWF dan lebih ringan 63,083% dari desain profil box-girder.

2. Pada bentang 20 meter rangka baja lebih ringan 75,59% dari desain profil IWF dan lebih ringan 66,34% dari desain profil box-girder.

3. Pada bentang 30 meter nilai tahanan momen profil box-girder lebih besar 49,26% dari nilai momen tahanan profil IWF.

4. Pada bentang 20 meter nilai tahanan momen profil box-girder lebih besar 53,59% dari nilai momen tahanan profil IWF.

5. Dikarenakan jarak penambat pada rangka baja cukup kecil maka pengaruh momen terhadap rangka baja cukup kecil sehingga dapat diabaikan pada perencanaan.

6. Profil IWF dan profil Box-girder pada bentang 20 meter dan 30 meter harus di

built-up (dirancang khusus) dikarenakan tidak ada profil yang cukup besar untuk perencanaan

5.2. Saran

Beberapa saran dapat disampaikan untuk melahirkan penelitian yang lebih baik pada masa yang akan datang yaitu sebagai berikut:

1. Analisis dapat diteliti lebih jauh dengan bentang yang lebih bervariasi.

2. Analisis terhadap sambungan profil agar dapat diketahui bobot yang lebih terperici untuk meningkatkan detail perencanaan.

3. Analisis dapat ditinjau lebih banyak dengan berbagai beban kran yang lebih bervariasi.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tinjauan Pustaka

Setiap struktur baja merupakan gabungan dari batang-batang yang dihubungkan dengan sambungan. Penyambungan struktur baja dapat dilakukan dengan alat penyambung, antara lain dengan paku keling, dengan baut atau dengan las (Charles G. Salmon dan John E. Johnson, 1991)..

Baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan beberapa elemen lainnya, termasuk karbon. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Elemen berikut ini selalu ada dalam baja: karbon, mangan, fosfor, sulfur, silikon, dan sebagian kecil oksigen, nitrogen dan aluminium. Selain itu, ada elemen lain yang ditambahkan untuk membedakan karakteristik antara beberapa jenis baja diantaranya: mangan, nikel, krom, molybdenum, boron, titanium, vanadium dan niobium (Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas).

Besi dan baja paling banyak dipakai sebagai bahan industri yang merupakan sumber yang sangat besar, dimana sebagian ditentukan oleh nilai ekonominya, tetapi yang paling penting karena sifat-sifatnya yang bervariasi. Yaitu bahwa bahan tersebut mempunyai berbagai sifat dari yang paling lunak dan mudah dibuat sampai yang paling keras dan tajam untuk pisau pemotong dapat dibuat, atau apa saja dengan bentuk apapun dapat dibuat dengan pengecoran. Dari unsur besi dari berbagi bentuk struktur logam dapat dibuat, itulah sebabnya mengapa besi dan baja disebut bahan yang kaya dengan sifat sifat.

2.1.1. Perencanaan Konstruksi

Perencanaan (desain) konstruksi dapat didefenisikan sebagai perpaduan antara seni (artistik / keindahan) dan ilmu pengetahuan (science) untuk menghasilkan suatu struktur yang aman dan ekonomis serta memenuhi fungsi

tertentu dan persamaanyaratan estetika. Untuk mencapai tujuan ini, seorang perencana harus mempunyai pengetahuan yang baik tentang sifat – sifat fisis material; sifat – sifat mekanis material; analisa struktur dan hubungan antara fungsi rancangan dan fungsi struktur.

Perencanaan (desain) konstruksi harus memiliki kekuatan dan ketahanan yang cukup, sehingga dapat berfungsi selama umur layanan. Desain harus menyediakan cadangan kekuatan untuk menanggung beban layanan, terutama terhadap kemungkinan kelebihan beban. Kelebihan beban dapat terjadi akibat perubahan fungsi struktur ataupun rendahnya taksiran atas efek-efek beban karena penyerderhanaan yang berlebih dalam analisis structural. Perencanaan sebuah profil baja mungkin saja memiliki tegangan leleh dibawah nilai minimum yang dispesifikasikan, namun masih dalam batas batas statistik yang masih dapat diterima.

Dengan kata lain, Tujuan dari perencanaan struktur adalah untuk menghasilkan suatu struktur yang stabil, cukup kuat, awet, stabil, dan memenuhi tujuan-tujuan lainnya seperti ekonomi dan kemudahan pelaksanaan. Suatu struktur disebut stabil bila ia tidak mudah terguling, miring, atau tergeser, selama umur bangunan yang direncanakan.

2.1.2. Prosedur Perencanaan

Prosedur perencanaan terdiri atas 2 bagian, yaitu bagian perencanaan fungsional dan perencanaan kerangka struktural.

Perencanaan fungsional adalah perenvcanaan untuk mencapai tujuan yang dikehendaki seperti:

1. Menyediakan ruang dan jarak yang memadai 2. Menyediakan ventilasi

3. Menyediakan penyejuk ruangan 4. Menyediakan penerangan yang cukup

5. Menyediakan fasilitas transportasi, seperti tangga, keran, elevator dan lain-lain

6. Menyajikan bentuk arsitektur yang menarik

Perencanaan kerangka struktur adalah pemilihan tata letak dan ukuran elemen struktur sehingga beban yang bekerja pada struktur dapat dipikul dengan baik dan aman. Berikut adalah langkah prosedur perencanaan / desain konstruksi yang secara umum digunakan, yaitu :

1. Pemilihan tipe dan rancangan struktur.

2. Penentuan besarnya beban – beban yang bekerja pada struktur.

3. Menentukan gaya – gaya dalam dan momen yang terjadi pada struktur. 4. Pemilihan komponen – komponen struktur beserta sambungan sambungan

yang harus memenuhi kriteria kekuatan, kekakuan dan ekonomis.

5. Pemeriksaan ketahanan struktur akibat beban mati dan beban hidup yang bekerja pada struktur tersebut.

6. Perbaikan akhir

2.1.3. Sifat Baja Sebagai Material Konstruksi

Penggunaan baja sebagai bahan struktur utama dimulai pada akhir abad kesembilan belas ketika metode pengolahan baja yang murah dikembangkan dengan skala yang luas.Baja paduan merupakan campuran dari baja dan beberapa jenis logam lainnya dengan tujuan untuk memperbaiki sifat baja karbon yang relatif mudah berkarat dan getas bila kadar karbonnya tinggi.

Baja merupakan bahan yang mempunyai sifat struktur yang baik. Baja mempunyai kekuatan yang tinggi dan sama kuat pada kekuatan tarik maupun tekan dan oleh karena itu baja adalah elemen struktur yang memiliki batasan sempurna yang akan menahan beban jenis tarik aksial, tekan aksial, dan lentur dengan fasilitas yang hampir sama.

Sifat yang dimiliki baja yaitu kekakuannya dalam berbagai macam keadaan pembebanan atau muatan, terutama tergantung pada:

 Cara peleburannya

 Jenis dan banyaknya logam campuran  Proses yang digunakan dalam pembuatan 2.1.3.1. Kekuatan Tinggi

Kekuatan yang tinggi dari baja per satuan berat mempunyai konsekuensi bahwa beban mati akan kecil. Hal ini sangat penting untuk jembatan bentang panjang, bangunan tinggi, dan bangunan dengan kondisi tanah yang buruk.

Kekuatan baja per volume adalah paling tinggi jika dibandingkan dengan material lain baik dari segi tarik, tekan maupun lentur. Baja struktural umumnya mempunyai tegangan putus minimum (fu) antara 340 s/d 550 Mpa dan tegangan leleh minimum (fy) antara 210 s/d 410 Mpa. Oleh karena itu baja dapat menahan berbagai tegangan seperti tegangan lentur.

Baja adalah material yang sangat ulet sehingga dapat memikul beban yang berulang – ulang. Komponen struktur baja yang dibebani sampai mengalami deformasi besar, masih mampu menahan gaya – gaya yang cukup besar tanpa mengalami fraktur. Keuletan ini dibutuhkan jika terjadi konsentrasi tegangan walaupun tegangan yang masih dibawah batas yang diizinkan. Pada bahan yang tidak memiliki keuletan yang tinggi, keruntuhan dapat terjadi pada tegangan yang rendah dan akan bersifat getas ( keruntuhan secara langsung ).

2.1.3.2. Permanen

Sifat-sifat baja baik sebagai bahan bangunan maupun dalam bentuk struktur dapat terkendali dengan baik sekali dikarenakan sifat – sifat baja tidak berubah terhadap waktu dan hampir seluruh bagian baja memiliki sifat - sifat yang sama sehingga menjamin kekuatannya.

Para ahli dapat mengharapkan elemen elemen dari konstruksi baja ini akan berperilaku sesuai dengan yang diperkirakan dalam perencanaan. Dengan demikian bisa dihindari terdapatnya proses pemborosan yang biasanya terjadi dalam perencanaan akibat adanya berbagai ketidakpastian.

2.1.3.3. Elastisitas

Elastisitas adalah kemampuan suatu bahan unuk kembali kebentuk semula setelah pembebanan ditiadakan atau dilepas. Modulus elastisitas merupakan indikator dari sifatelastis. Adanya penambahan logam pada baja akan meningkatkan kemampuan elastisitasnya dengan nilai modulus elastisitas yang lebih besar dari sebelumnya.

Kemampuan atau kesanggupan untuk dalam batas–batas pembebanan tertentu sesudahnya pembebanan ditiadakan kembali kepada bentuk semula. Elastisitas baja mendekati perilaku seperti asumsi yang direncanakan oleh perencana, karena mengikuti hukum Hooke, walaupun telah mencapai tegangan yang cukup tinggi. Modulus elastisitasnya sama untuk tarik dan tekan.

2.1.3.4. Daktalitas

Daktalitas adalah kemampuan struktur atau komponennya untuk melakukan deformasi inelastik bolak – balik berulang diluar batas titik leleh pertama, sambil mempertahankan sejumlah besar kemampuan daya dukung bebannya.

Manfaat daktalitas bagi kinerja struktural adalah pada saat baja mengalami pembebanan yang melebihi kekuatannya, baja tidak langsung hancur tetapi akan meregang sampai batas daktalitas. Demikian juga pada beban siklik, daktalitas yang tinggi menyebabkan baja dapat menyerap energi yang besar.

2.1.3.5. Keseragaman

Keseragaman adalah kondisi dimana semuanya sama. Dikarenakan bahan konstruksi baja adalah bahan yang diproduksi oleh pabrik sehingga sifat baja lebih homogen dan konsisten. Bentuk dan kualitas lebih terkendali sehingga bangunan dari material baja akan lebih sesuai dengan perencanaan.

2.1.4. Kelebihan dan Kelemahan Baja Sebagai Material Konstruksi

Dibandingkan dengan konstruksi lain seperti beton atau kayu pemakaian baja sebagai bahan konstruksi mempunyai keuntungan dan kerugian, yaitu:

a) Keuntungan :

 Baja lebih mudah untuk dibongkar atau dipindahkan  Konstruksi baja dapat dipergunakan lagi

 Bila dibandingkan dengan beton baja lebih ringan  Pemasangannya relatif mudah

 Baja sudah mempunyai ukuran dan mutu tertentu dari pabrik b) Kekurangan:

 Baja dapat terkena karat sehingga membutuhkan perawatan  Memerlukan biaya yang cukup besar dalam pengangkutan

 Dalam pengerjaannya diperlukan tenaga ahli dalam hal konstruksi baja

2.1.5. Diagram Tegangan-Regangan

Dalam peraturan AISC 2005, perhitungan rumus kekuatan nominal (Pn) menggunakan tegangan leleh (Fy) maupun tegangan ultimate (Fu), pemilihan tegangan baik itu Fy maupun Fu didasarkan atas kemampuan struktur mempertahankan stabilitasnya setelah beban maksimum diberikan.

Apabila terdapat sebatang baja yang memiliki penampang konstan sepanjang bentangnya kemudia diberikan beban sebesar P. maka akan mendapatkan sebuah gambar tegangan-regangan sebagai berikut:

Dengan asumsi bahwa beban yang bekerja konsentris, maka regangan pada titik yang trjadi di titik manapun pada potongan penampang menjadi ∈=

ᵟ/L dan tegangan yang terjadi di titik manapun pada potongan penampang menjadi f = P / A. gambar dibawah merupakan gambar hubungan tegangan – regangan secara umum.

Gambar 2.1 batang yang diberikan beban aksial dan grafik hubungan antara beban yang diberikan dengan perpendekan yang terjadi

2.1.6. Sifat – Sifat Mekanis Baja Struktural

Baja merupakan logam yang berunsurkan Fe dan C, yang umumnya digunakan dalam bentuk plat, lembaran, pipa, dan batang. Sifat mekanik adalah salah satu sifat penting, karena sifat mekanik menyatakan kemampuan suatu bahan (termasuk juga komponen yang terbuat dari bahan tersebut) untuk menerima beban / gaya / energi tanpa menimbulkan kerusakan pada bahan/komponen tersebut.

Pencampuran dari baja dan beberapa jenis logam lainnya dengan tujuan untuk memperbaiki sifat baja karbon yang relatif mudah berkarat dan getas bila kadar karbonnya tinggi. Selain itu, penambahan unsur paduan juga bertujuan untuk memperbaiki sifat mekanik diantaranya.

Gambar 2.2. gambar hubungan tegangan – regangan baja Sumber: Salmon & Johnson, steel structures design and behavior, 4th _edition

Sifat-sifat mekanik bahan merefleksikan hubungan antara pembebanan yang diterima suatu bahan dengan reaksi yang diberikan atau deformasi yang akan terjadi . Sifat-sifat ini didapat dengan melakukan uji laboratorium yang didesain secara teliti yang dapat merepresentasikan sedekat mungkin kondisi nyatanya. 2.1.6.1. Tegangan Putus ( Ultimate Stress )

Tegangan putus (ultimate stress) adalah nilai tegangan yang terjadi disaat baja telah mencapai kekuatan maksimum (ambang batas) yang bisa mengakibatkan baja terputus. Tegangan putus untuk perencanaan (Fu) tidak boleh diambil melebihi nilai yang ditetapkan oleh tabel 2.1

2.1.6.2. Tegangan Leleh ( Yielding Stress )

Tegangan leleh (yield stress) adalah nilai tegangan yang terjadi saat melampaui tegangan dasar atau masuk ke daerah inelastis (gambar 2.2), maka material akan meregang dengan sangat cepat. Tegangan Leleh untuk perencanaan (Fy) tidak boleh diambil melebihi nilai yang ditetapkan oleh tabel 2.1

Jenis Baja Tegangan putus minimum, fu

(MPa)

Tegangan leleh minimum, fy

(MPa)

Peregangan minimum

(%)

BJ 34 340 210 22

BJ 37 370 240 20

BJ 41 410 250 18

BJ 50 500 290 16

BJ 55 550 410 13

Tabel 2.1 Sifat Mekanis Baja Struktural

2.1.6.3. Sifat – Sifat Mekanis Lainnya

Sifat – sifat mekanis lain baja struktural untuk maksud perencanaan ditetapkan oleh bapak M.Vable dari buku Mechanic of material sebagai berikut :

 Modulus Elastisitas : E = 200.000 Mpa

Pada umumnya bahan struktural berperilaku elastis dan linear saat mulai dibebani sampai titik tertentu maka akan berubah kurvanya seperti pada gambar 2.3.

Sehingga nilai modulus elastisitas didapat dari kemirinagn kurva tegangan regangan dengan bantuan hukum hooke. Dengan � adalah tegangan aksial, � adalah regangan aksial, dan E adalah modulus elastisitas.

� = . � …..persamaan (2.1) Gambar 2.3. hubungan modulus elastisitas dengan tegangan - regangan

 Modulus Geser : G = 80.000 Mpa

Jika pada modulus elastisitas adalah berhubungan dengan tegangan maka modulus geser memiliki hubungan dengan torsi. Dengan bantuan hokum hooke maka didapatkan persamaanamaan berikut dimana, � adalah tegangan geser, � adalah regangan geser, dan G adalah modulus geser.

� = . � …..persamaan (2.2)

Khusus untuk kasus tarik pada modulus elastisitas dapat dihubungkan dengan kasus geser dengan persamaanamaa berikut:

= ₊ …..persamaan (2.3)

Dimana adalah poisson ratio. Dikarenakan poisson ratio pada bahan biasa bernilai antara nol dan setengah, maka dapat disimpulkan bahwa nilai modulus geser memiliki nilai hampir sepertiga atau setengah dari nilai modulus elastisitas.

 Poisson Ratio : = 0.25 – 0.35

Poisson ratio adalah perbandingan antara perpanjangan arah lateral dengan arah longitudinal. Dengan kata lai dapat dismpulkan persamaanamaaan poisson ratio adalah

= _� � _{� �} …..persamaan(2.4)

Dengan ketentuan saat mengalami tarik regangan bernilai positif dan sebaliknya. Untuk bahan isotropic utuk bahan seperti meral memiliki nilai poisson ratio antara 0,25 sampai 0,35. Untuk bahan seperti gabus maka memiliki nilai poisson sebesar 0. Pada beton didapatkan nilai poisson sebesar 0,1 sampai 0,2. Poisson ratio memiliki

nilai limit atau batas sebesar 0,5 salah satu bahan yang kita kenal memiliki nilai poisson tersebut adalah karet.

 Koefisien Pemuaian : α = 12 x 10 ^ -6 / ºC

Pemuaian adalah perubahan suatu benda yang bisa menjadi bertambah panjang, lebar, luas, atau berubah volumenya karena terkena panas (kalor). Singkat cerita pemuaian adalah perubahan ukuran benda jika terkena suhu.

Koefisien pemuaian adalah bilangan yang menyatakan pertambahan panjang tiap satuan panjang zat per tingkatan suhu o C. tabel koefisien muai panjang adalah sebagai berikut:

No Jenis Zat : koefisien muai panjang/ o C

1 Alumunium 0,000026

2 Tembaga 0,000017

3 Besi 0,000012

4 Baja 0,000011

5 Platina 0,000009

Tabel 2.2. nilai koefisien muai logam Struktural

2.1.7. Baja Struktural yang Umum Digunakan

Fungsi struktur merupakan faktor utama dalam menentukan konfigurasi struktur. Berdasarkan konfigurasi struktur dan beban rencana, setiap elemen atau komponen dipilih untuk menyanggah dan menyalurkan beban pada keseluruhan struktur dengan baik. Secara umum baja yang dapat kita jumpai sehari hari dapat dilihat pada gambar 2.4.

Adapun jenis – jenis baja struktural yang umum digunakan adalah profil baja giling / canai panas (rolled steel shape) dan profil baja yang dibentuk dalam keadaan dingin (cold formed steel shapes).

Pemakaian baja canai dingin berbeda dibanding baja canai panas. Meskipun ringan, tetapi perilaku bahan dan keruntuhannya relative kompleks, sehingga risiko gagal lebih tinggi apalagi jika dipakai untuk konfigurasi struktur yang tidak biasa. Tentang hal itu, sudah banyak Negara yang memahami sehingga dibuat peraturan perencanaan yang berbeda.

Gambar 2.4. Standar Tipe Penampang Profil Baja

2.1.7.1 Profil Baja Wide Flange (WF)

Profil WF (Wide Flange) adalah salah satu profil baja struktural yang paling populer digunakan untuk konstruksi baja. Namun, profil ini ternyata punya banyak nama. Ada yang menyebutnya dengan profil H, HWF, H-BEAM, IWF, dan I. ``Profil WF terutama digunakan sebagai elemen struktur balok dan kolom. Semakin tinggi profil ini, maka semakin ekonomis. Untuk banyak aplikasi profil M mempunyai penampang melintang yang pada dasarnya sama dengan profil W, dan juga memiliki aplikasi yang sama. Berikut adalah contoh gambar baja IWF (gambar2.5)

2.1.7.2. Profil Baja berbentuk persamaanegi atau persamaanegi panjang (Box Girder)

Profil box girder adalah suatu profil baja berongga persamaanegi atau berbentuk kotak, simetri ganda, yang dibebani pada salah sau sumbunya. Klasifikasi pelat badan tertentu, yaitu kategori kompak atau non kompak, sedangkan klasifikasi pelat sayap terdapat semua kategori, yaitu kompak, non kompak maupun langsing.

Pada box girder terlihat adanya dummy. Dummy adalah sebuah struktur bantu untuk mendistribusikan beban terpusat agar tidak menimbulkan kerusakan lokal baik pada elemen sayap profil maupun pada elemen badan profil. Dibawah ini adalah contoh profil box girder (gambar2.6.).

2.1.7.3. Profil Baja Kanal C (CNP)

Profil C merupakan salah satu profil baja tipis yang dibentuk secara dingin (cold formed), dan banyak digunakan untuk struktur yang ringan, misalnya untuk balok gording. Apabila dilihat dari bentuk geometri profil C yang tidak simetris, serta rasio lebar dan tebal (b/t) yang besar, maka stabilitas dari profil semacam ini sangat kurang. Kegagalan yang dialami oleh profil C ini biasanya ialah kegagalan karena stabilitas, misalnya profil akan mengalami tekukan atau puntiran yang besar sebelum kekuatan bahannya mencapai tegangan lelehnya.

Ketidak-stabilan profil C pada dasarnya disebabkan oleh bentuk geometri penampang dan rasio b/t yang sangat besar, sehingga upaya untuk membuat stabil profil C dapat dilakukan dengan memberi perkuatan pada bagian sayap yang terbuka. Dengan memberi perkuatan dengan baja tulangan yang menghubungkan antara sayap atas dan bawah pada bagian sisi profil yang terbuka (Gambar 2.7) ini diharapkan dapat menambah stabilitas penampang, disamping juga untuk

mengurangi ketidak-simetrisan bentuk profil C. Pekuatan ini dipasang pada jarak tertentu dengan variasi jarak adalah kelipatan dari tinggi profil (h), dan disambung dengan las pada bagian bibir profil C.

Profil C merupakan salah satu profil yang dibentuk secara dingin (cold formed), dan biasanya profil semacam ini mempunyai rasio lebar dan tebal (b/t) yang besar. Menurut Tall (1974), proses pembentukan secara dingin ini mengakibatkan perubahan property materialnya, dan biasanya akan meningkatkan tegangan lelehnya. Gambar 2.8 menunjukkan pengaruh dari coldforming profil C, dimana angka-angka yang ditunjukkan merupakan nilai kekerasan material yang dinyatakan dalam Diamond Penetration Number (DPN). Nilai DPN ini menunjukkan peningkatan tegangan lelehnya.

Gambar 2.7. Bentuk Penampang Profil C dengan dan Tanpa Perkuatan

Gambar 2.8. Nilai DPN pada Cold Forming Profil C

Sumber: perilaku lentur baja profil C tunggal dengan menggunakan perkuatan tulangan arah

vertikal,sinaga (2005)

Sumber: perilaku lentur baja profil C tunggal dengan menggunakan perkuatan tulangan arah

Sinaga (2005) memperkuat profil C pada sayap yang terbuka dengan baja tulangan arah vertikal, dengan berbagai variasi jarak. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini ialah profil C mengalami kenaikan kemampuan lentur antara 69,26% sampai 153,34% sesuai dengan jarak perkuatan. Semakin dekat jarak perkuatan semakin besar penambahan kekuatan yang diperoleh.

2.1.7.4. Profil Baja T (tee)

Baja T atau sering disebut juga balok tee adalah sebuah profil baja yang berbentuk T yang bisa juga diambil dari profil IWF yang dibelah menjadi 2 bagian. Bagian atas profil T yang berbentuk melebar adalah bagian untuk menahan gay tekan sedangkan bagian vertical atau bagian bawah digunakan untuk menahan gaya geser ataupun untuk mengurangi gaya puntir yang akan terjadi pada baja T.

Jika kita membandingkan antara baja T dengan baja IWF maka baja T memiliki kelemahan yaitu tidak adanya flens 1 bagian sehingga ada 1 bagian antara tegangan tarik bawah atau tegangan tekan bagian atas tidak akan diperhitungkan. Sehingga jika untuk menahan tekan balok T pada umumnta digunakan pada slab lantai agar balok T bisa menahan gaya tekan (gambar 2.9 a). Sedangkan jika dibalik seperti gambar 2.9 b maka gaya tarik pada flens la yang akan kita gunakan pada bab 4 sebagai penahan tarik dan lentur pada bridge beam hoist crane.

2.2. Metode Perencanaan Konstruksi Baja

Terdapat 2 metode perencanaan konstruksi baja pada SNI baja 2015, yaitu:

 Metode ASD ( Allowable Stress Design )

 Metode LRFD ( Load Resistance Factor Design ) 2.2.1. Metode ASD ( Allowable Stress Design )

Metode ASD (Allowable Stress Design) merupakan metode yang paling konvensional dalam perencanaan konstruksi. Metode ini menggunakan beban servis sebagai beban yang harus dapat ditahan oleh material konstruksi. Agar konstruksi aman maka harus direncanakan bentuk dan kekuatan bahan yang mampu menahan beban tersebut. Tegangan maksimum yang diizinkan terjadi pada suatu konstruksi saat beban servis bekerja harus lebih kecil atau sama dengan tegangan leleh (σy). Untuk memastikan bahwa tegangan yang terjadi tidak melebihi tegangan leleh (σy) maka diberikan faktor keamanan terhadap tegangan izin yang boleh terjadi.

�′ � …..persamaan(2.5)

��

� � …..persamaan(2.6)

� = �,�_∅ …..persamaan(2.7)

Dimana : � = Tegangan Terjadi (MPa)

�′ = Tegangan Izin (MPa) � = Safety Factor

�� = Tegangan Leleh Baja (Mpa) ∅ = Faktor tahanan

Besaran faktor keamanan pada persamaan (2.7) yang diberikan lebih kurang sama dengan 1,5 / faktor reduksi (∅) ; nilai factor reduksi (∅) sebesar 0,9

DAFTAR TABEL BAB I

Tidak terdapat tabel

BAB II

Tabel 2-1 Sifat Mekanis Baja Struktural ……….. 14

Tabel 2-2 Nilai Koefisien Muai Logam ……….. 17

Tabel 2-3 faktor tahanan Ø ……….. 23

BAB III Tabel 3-1 Berat jenis konstruksi …….……….. 35

Tabel 3-2 Beban hidup menurut kegunaan ……….. 36

Tabel 3-3 gaya impak tambahan ……….. 42

Tabel 3-4 Batas Lendutan Maksimum……….. 43

Tabel 3-5 Faktor Kelangsingan Terhadap Tekan Aksial……….. 47

Tabel 3-6 Faktor Kelangsingan Terhadap Lentur……..……….. 49

Tabel 3-7 Faktor Shear Lag……….. 53

BAB IV

Tidak terdapat tabel

BAB V

DAFTAR GAMBAR BAB I

Gambar 1.1 Hoist Crane………... ………... 2

Gambar 1.2 Profil IWF……….………… ……… 3

Gambar 1.3 Profil Box Girder……….. ………. 3

Gambar 1.4 Rangka Baja….……….. 4

Gambar 1.5 Pemodelan Rangka Baja dengan Bentang 20 meter dan 30 meter….. 5

BAB II Gambar 2.1 Batang yang Diberikan Beban Aksial dan Grafik Hubungan Antara Beban yang Diberikan dengan Perpendekan yang Terjadi ……… 13

Gambar 2.2 Gambar Hubungan Tegangan –Regangan Baja ………. 13

Gambar 2.3 Hubungan Modulus Elastisitas dengan Tegangan –Regangan……… 15

Gambar 2.4 Standar Tipe Penampang Profil Baja ………..…… 18

Gambar 2.5 Penampang I- WF Built Up ………….………. 18

Gambar 2.6 Penampang Box girder Built Up …..……….. 19

Gambar 2.7 Bentuk Penampang Profil C dengan dan Tanpa Perkuatan …..………… 20

Gambar 2.8 Nilai DPN pada Cold Forming Profil C ……… 20

Gambar 2.9 Profil I yang Dibelah Menjadi 2……….. 21

Gambar 2.10 Perilaku Penampang berdasarkan Klasifikasi ……… 25

Gambar 2.11 Efek Lokasi Pembebanan ……….……… 27

Gambar 2.12 Pertambatan Lateral ……… 28

Gambar 2.13 Kondisi Batas Balok Lentur ………. 28

Gambar 2.14 Efek Lokasi Pembebanan ………... 29

Gambar 2.15 nilai C2……….…… 29

Gambar 2.16 Kolom Terminal Cengkareng ……… 30

Gambar 2.17 Kurva Tekuk Elastis dan Tekuk Inelastis ………..……….…… 30

Gambar 2.18 Atap Wembley Stadion ………..……….…… 31

Gambar 3.2 Perencanaan Bridge Beam menggunakan Box Girder ……….... 32

Gambar 3.3 Perencanaan Bridge Beam menggunakan Rangka Baja ………. 33

Gambar 3.4 Perencanaan Dimensi Bangunan ………..………. 34

BAB IV Gambar 4.1 Pemodelan Bentang 30 meter ……… 67

Gambar 4.2 Jenis Batang ……… … 67

Gambar 4.3 Pembebanan Crane-1 pada Pinggir Bentang ……… 68

Gambar 4.4 Pembebanan Crane-2 pada Tengah Bentang ……… 68

Gambar 4.5 Pembebanan Crane-3 pada Tengah Bentang Daerah Tengah Frame…… 69

Gambar 4.6 Pemodelan Bentang 20 meter ……… 82

Gambar 4.7 Jenis Batang ……… … 83

Gambar 4.8 Pembebanan Crane-1 pada Pinggir Bentang ……… 83

Gambar 4.9 Pembebanan Crane-2 pada Tengah Bentang ……… 84

Gambar 4.10 Pembebanan Crane-3 pada Tengah Bentang Daerah Tengah Frame…… 84

BAB V

DAFTAR NOTASI

A Luas penampang

Ae Luas neto efektif

Ag Luas bruto dari komponen struktur

α koefisien pemuaian

� Tegangan Terjadi

�′ Tegangan Izin

∆ Lendutan

B Lebar profil

be Lebar efektif

Cb Koefisien pengali momen tekuk torsi lateral

Cw Konstanta wraping

DL Beban mati

E modulus elastisitas

E beban gempa

� regangan aksial

Fe Tegangan tekuk kritis elastis

Fu Kekuatan tarik minimum yang diisyaratkan Fy Tegangan leleh minimum yang diisyaratkan

H beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air

H Tinggi profil

Ix Inersia sumbu x

Iy Inersia Sumbu y

J Konstanta torsi

� regangan geser

γbaja Massa jenis baja

L Panjang bentang

Panjang bentang antara 2 pengekang yang berdekatan

LR beban hidup di atap

Mmax Momen maksimum pada bentang yang ditinjau.

MA Momen pada ¼ bentang.

MB Momen pada ½ bentang.

MC Momen pada ¾ bentang

Momen lentur terfaktor arah sumbu x Momen lentur terfaktor arah sumbu y

� Kuat nominal dari momen lentur memotong arah y � Kuat nominal dari momen lentur penampang

� �� � Kuat tekan nominal � ��� Kuat tarik nominal

q beban sendiri

R beban hujan

Ru Kuat perlu

�� Kuat rencana

� Jari-jari girasi terhadap sumbu tengah

S beban salju

Se Modulus penampang efektif

Sx Modulus elastisitas penampang sumbu x Sy Modulus elastisitas penampang sumbu y

tw tebal pelat badan

tf tebal pelat sayap

U Faktor shear lag

W beban angin

Zx Modulus plastis penampang sumbu x Zy Modulus plastis penampang sumbu x

� tegangan aksial