Desain balok baja cold-form berpenampang LIP channel menggunakan AISI 2007 dan SAP2000

DESAIN BALOK B CHANNEL ME Komu Ka unt UNIVE PRO FAKULTA UNIVER

K BAJA COLD-FORM BERPENAMPAN ENGGUNAKAN AISI 2007 DAN SAP2 munitas Bidang Ilmu : Teknik Struktur

SKRIPSI

Karya tulis sebagai salah satu syarat ntuk memperoleh gelar Sarjana dari IVERSITAS KOMPUTER INDONESIA

Oleh:

MADE ENA GERAHITA NIM : 13008003

OGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

AS TEKNIK DAN ILMU KOMPUTER ERSITAS KOMPUTER INDONESIA

2013

ANG LIP P2000

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan rahmat, berkat, serta hidayah-Nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan karya tulis yang berbentuk skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah direncanakan.

“Desain Balok Baja Cold- Form Berpenampang Lip Channel Menggunakan AISI 2007 dan SAP2000” merupakan judul yang diambil dalam rangka memenuhi syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, Jurusan Teknik Sipil di Universitas Komputer Indonesia.

Penulisan skripsi ini tidak akan terlaksana dan selesai tanpa bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Dr. Y. Djoko Setiyarto, ST., MT., selaku pembimbing dalam penulisan

skripsi ini yang telah banyak memberikan bimbingan, nasehat dan arahan kepada Penulis.

2. Dr. Ir. Eddy Soeryanto Soegoto, selaku rektor Universitas Komputer Indonesia dan Prof. Dr. H. Denny Kurniadie, Ir., M.Sc., selaku dekan Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Komputer Indonesia.

3. Ayahanda dan Ibundaku tercinta, adik dan kakakku serta seluruh

keluarga besar yang telah banyak memberikan dukungan dan pengorbanan baik secara moril maupun materil sehingga Penulis dapat menyelesaikan studi dengan baik.

4. Muhamad Riza H, ST., MT, M. Donie Aulia, ST., MT., Yogi jaelani, ST., MT. dan Vitta Pratiwi, ST., MT., selaku dosen di Jurusan Teknik Sipil Universitas Komputer Indonsia serta ibu Alise selaku sekretaris jurusan Teknik Sipil .

v

6. Rekan-rekan di Jurusan Teknik Sipil yang telah membantu dan

memberikan semangatnya.

7. Sahabat saya Gino marino, Arnita aulia rahmita, Erick adwijaya, dan Redy herdiana yang selalu meluangkan waktunya, membantu dan memberikan motivasi serta semangatnya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan lancar.

8. Sahabat-sahabat terbaik saya di griya anyar yang selalu setia dan memberikan dukungan serta semangatnya.

9. Keluarga Pasut sebagai motivasi dan inspirasi terbesar saya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, maka saran dan kritik yang konstruktif dari semua pihak sangat diharapkan demi penyempurnaan selanjutnya.

Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi Penulis dan para pembacanya.

Bandung, Agustus 2013

!

" # $ " % &%

' $% # (%

# & # &

%# *

%+ , + + *

% # - **.

$% % % /%

0 -+ %! 1 - *** )

# %#

- %# # %#

- %# %! 1 - ***

2% ! 3 %

+ %+ , +

+ ' +

& 0

+ " .

0 & - , .

. 4 + .

- " # .

0 - # ' )

5

' + 5

%# + 5

+ 5

%+ , + 5

' + 5

" " # 2% " " " 5

" " 5

2% " " 5 0

- ' % # %#

5 0

- ' % #

- *** 5 6

%# 5 6

+ %+ , 5 *

+ ' + 5

+ " 5

# 5

0 & - , 5 0

. 4 + 5 0

" # # + % #

5 )

0 + 5 *

0 4 + 5

5

2 + 5

3 " " + %! 7 # + %# +

3 " " + %! $% # !%

3 " " + " + %

+

3 " # "

3 " 2 " 0

3 " 0 7% # 1% # + + ! + +

" 7% #!% # .

3 " . # # + !

)

3 " ) 2 " 6

3 " 6 + + 7

3 " -+ - *** 6

3 " +

3 " ( %17 # %#

3 " + - *** # +

"

3 " + + %+ , + +

3 " + # + + 0

3 " 0 # + 0

3 " %# + +

3 " + + 7

3 " %# " % # *

3 " +

3 " 0 + # + +

3 " . + " "

3 " ) 2% " " "

3 " 6 + " " '

3 " * + " " # +

3 " # +

3 " # +

3 " & , 0

3 " 4 + + .

3 " & + , # 6

3 " 0 %# # - 6

3 " . + %+ + *

3 " ) + # + + #

-3 " 6 ' + +

3 " * + # - ! 7 %

3 " + " " # + #

-3 " + " " #

-3 " # + #

3 " ' % 0

3 " 0 - !% 7 0

" 2 "

" " # - *

" # + 7 " # " "

" %+ , + + "

" # # + + + 8 7

" + %# # %! 1

- *** )

" + %# # %! 1

!!"#

! " #

$ % & ' ( ) $ % !!! #

' * + , - # . " # / 0

1 2 # / / + 33

& ' ( ) 4 " * ' "

* * $

+ " # 0

!

5 * * $

, + " # 0

! " #

" # !

" #

$ % & $

'

(

* )'*$$$

'

())

' + )'*$$$

)'*$$$

)'*$$$

, )'*$$$

+

-& (

)'*$$$

) ") #

.

/ "/ # "0 #

)'*$$$ ) *$$1

* /

)'*$$$ ) *$$1

' .

/ 2&3$

&3$ /' %*$ /' 4

" #

4

5 678 ) *$$1

'

) 9

)'*$$$ * ) *$$1

!

% !

"

/ "/ #

)'*$$$

#

/

: " #

$

'

+

$ " %

'

& '

)

3 '

/

)'*$$$

/

" )'*$$$#

* '

! " "

" " # "

" " "

"

" " " "

" " " "

$ " " % " &

" '

" "

" "

" " "

"

( "

"

&

! & " )

*

+ & , ,

! " # $ %%%

" " " "

-( .

! & #

/ !

"

! ' ' ( '

"

0

" " " 1

" " "

" & )

!

! ' '

"

' "

" " " " 1

" " " " "

2

) '

! ! * + , - .

" "

" " & )

! ) '

" "

" " "

" "

/ " " " "

! / , (

(

" "

" "

! 0 ' *

" "

/ "

3, 4 3# 4

)

" 3 4

" " !

5

/ (

" " "

" " !

0 & '

"

" "

" "

!""# $!""" % %

% % &

' %

% % $!"""

% '

!' (

% % )

$!""" '

*' $ $!""" %

%

( % '

+' $

$!""" % %

% ,' -, . %

!

/ % %

% % &

' $ %

0 ) )

$!"""'

!' % % % )

% % % % % (

II-1 BAB II STUDI PUSTAKA

2.1 Perbandingan Cara Pembuatan Baja Hot-Roll dengan Baja Cold-Form

Baja adalah logam paduan dengan besi sebagai unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Kandungan karbon dalam baja berkisar antara 0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Fungsi karbon dalam baja adalah sebagai unsur pengeras dengan mencegah dislokasi bergeser pada kisi kristal (crystal lattice) atom besi. Unsur paduan lain yang biasa ditambahkan selain karbon adalah mangan (manganese), krom (chromium), vanadium, dantungsten. Dengan memvariasikan kandungan karbon dan unsur paduan lainnya, berbagai jenis kualitas baja bisa didapatkan. Penambahan kandungan karbon pada baja dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya (tensile strength), namun di sisi lain membuatnya menjadi getas (brittle) serta menurunkan keuletannya (ductility). Sedangkan baja profil itu sendiri adalah baja yang telah mengalami proses pembentukan menjadi suatu bentuk profil-profil tertentu sesuai dengan kebutuhan.

Bentuk elemen baja sangat dipengaruhi oleh proses yang digunakan untuk membentuk baja tersebut. Sebagian besar baja dibentuk oleh proses hot-rolling (penggilingan dengan pemanasan) atau cold-forming (pembentukan dengan pendinginan).

Penggilingan dengan pemanasan (hot-rolling) adalah proses pembentukan utama di mana bongkahan baja yang merah menyala secara besar-besaran digelindingkan di antara beberapa kelompok penggiling. Penampang melintang dari bongkahan yang biasanya dicetak dari baja yang baru dibuat dan biasanya berukuran sekitar 0,5 m x 0,5 m persegi, yang akibat proses penggilingan ukuran penampang melintang dikurangi menjadi lebih kecil dan menjadi bentuk yang tepat dan khusus.

II-2 Batasan bentuk penampang melintang yang dihasilkan sangat besar dan masing-masing bentuk memerlukan penggilingan akhir tersendiri. Bentuk penampang melintang I dan H biasanya digunakan untuk elemen-elemen besar yang membentuk balok dan kolom pada rangka struktur. Bentuk kanal dan siku cocok untuk elemen-elemen kecil seperti lapisan tumpuan sekunder dan sub-elemen pada rangka segitiga. Bentuk penampang persegi, bulat dan persegi empat yang berlubang dihasilkan dalam batasan ukuran yang luas dan digunakan seperti halnya pelat datar dan batang solid dengan berbagai ketebalan. Perincian ukuran dan geometri yang dimiliki seluruh penampang standar didaftarkan dalam tabel penampang yang dibuat oleh pabrik baja. Contoh bentuk profil baja hot-roll dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Bentuk Baja Profil Canal dengan Produksi Pemanasan. Sumber : Macclonald.2000

Sedangkan untuk baja ringan dilakukan dengan proses pendinginan terlebih dahulu atau yang sering disebut dengan (coldform). Pembentukan dengan pendinginan (cold-forming) adalah metode lain yang di gunakan untuk membuat komponen-komponen baja dalam jumlah yang besar. Dalam proses ini, lembaran baja tipis datar yang telah dihasilkan dari proses

II-3 penggilingan dengan pemanasan dilipat atau dibengkokkan dalam keadaan dingin untuk membentuk penampang melintang struktur . Contoh bentuk profil baja cold-form dapat dilihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Bentuk Baja Profil Cold-forming Sumber : Macclonald.2000

Proses pembengkokan dari lembaran-lembaran tipis yang dihasilkan dari proses penggilingan biasanya baja dibentuk sedemikian rupa dalam suhu ruangan dengan menggunakan bending brakes, press brake, dan roll-forming machines. Proses pembuatan baja cod-form dapat dilihat pada gambar 2.3. dan 2.4.

II-4 Gambar 2.3 Lembaran Tipis Baja Ringan dari Proses Pengilingan

Sumber : Macclonald.2000

Gambar 2.4 Bending Brakers Sumber : Macclonald.2000

Elemen-elemen yang dihasilkan dari proses ini mempunyai karakteristik yang serupa dengan penampang yang dihasilkan dari proses penggilingan dengan pemanasan. Sisi paralel elemen-elemen tersebut

II-5 memiliki penampang yang tetap, tetapi ketebalan logam tersebut berkurang sehingga elemen-elemen tersebut lebih ringan, dan tentunya memiliki kapasitas muat beban yang lebih rendah. Bagaimanapun, proses - proses tersebut memungkinkan pembuatan bentuk penampang yang sulit. Satu hal lain yang membedakan proses - proses tersebut adalah bahwa peralatan yang digunakan untuk proses pencetakan dengan pendinginan lebih sederhana dan dapat digunakan untuk menghasilkan penampang melintang yang bentuknya disesuaikan untuk penggunaan yang khusus.

Karena penampang yang dibentuk dengan pendinginan memiliki kapasitas muat yang rendah, maka penampang ini terutama digunakan untuk elemen sekunder pada struktur atap, seperti purlin, dan untuk sistem lapisan tumpuan. Potensi elemen-elemen tersebut untuk perkembangan di masa yang akan datang sangat besar. Komponen struktur baja dapat juga dihasilkan dengan pencetakan, yang dalam kasus yang sangat kompleks memungkinkan pembuatan bentuk penampang yang sesuai dengan kebutuhan. Akan tetapi, teknik ini bermasalah ketika komponen struktur, yang disebabkan oleh kesulitan untuk menjamin mutu cetakan yang baik dan sama di keseluruhan bagian.

2.2 Tegangan dan Regangan Pada Baja Ringan

Karakteristik material yang penting untuk desain cold-formed steel adalah tegangan leleh, kuat tarik dan daktilitas. Daktilitas adalah kemampuan baja menahan regangan plastis atau permanen sebelum mengalami fraktur. Kemampuan ini cukup penting untuk keamanan Structural maupun proses pembentukan penampang cold-formed steel. Namun karakteristik dari baja ringan adalah bersifat brittle dimana baja ringan itu memiliki daktilitas yang kecil dan sering dikatakan bersifat rapuh. Seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.5 berikut ini :

II-6 Gambar 2.5 Kurva Tegangan dan Regangan Baja Ringan

Pada kurva diatas diperlihakan bahwa setelah material baja ringan ini mencapai titik lelehnya pada titik (P) dan tegangan terus dinaikan maka material baja ringan ini langsung mengalami fraktur yang diperlihatkan pada titik (B). Rasio tegangan leleh dengan kuat tarik juga merupakan karakteristik yang penting karena rasio ini adalah indikasi adanya strain-hardening dan kemampuan material mendistribusikan tegangan kuat leleh tekan dari baja berkisar antara 200 sampai 550 MPa. Sedangkan kuat tarik bervariasi antara 300 sampai 550 MPa. Penguluran yang terjadi paling tidak lebih dari 8%.

Terdapat pengecualian untuk Baja G550 yang memiliki kuat leleh tekan minimal 550 MPa dengan penguluran minimal sebesar 2% dalam 50 mm satuan panjang. Baja dengan daktilitas rendah ini memilki keterbatasan dalam penggunaannya sebagai elemen Structural sehingga hanya diizinkan untuk penampang baja dengan ketebalan tidak kurang dari 0.9 mm. Meskipun demikian, baja tersebut dapat berfungsi dengan baik dalam

II-7 aplikasi khusus sebagai elemen Structural seperti dek, panel, dan rangka gedung. Sifat mekanik dari pelat tipis baja, strip, pelat atau batang seperti tegangan leleh, kuat tarik, dan penguluran mungkin amat berbeda dengan sifat yang ditunjukkan oleh penampang cold-formed steel.

Spesifikasi mekanis dari lembaran baja tipis, strip, pelat atau batang, seperti tegangan leleh, kuat tarik, dan penguluran dapat berbeda dengan spesifikasi yang ditampilkan oleh penampang cold-formed steel. Peningkatan kekuatan leleh dan kuat tarik material dasar (virgin material) di lokasi penampang pada baja cold-formed berpenampang kanal dan joist (Karren dan Winter 1967) ditunjukkan oleh gambar 2.5 berikut ini:

Gambar 2.6 Pengaruh Cold-work Terhadap Spesifikasi Mekanis

Penampang Baja Cold Formed(yu 2000)

Penyebab utama perubahan spesifik mekanis tersebut adalah strain-hardening dan strain-ageing. Dalam gambar 2.6, kurva A memperlihatkan kurva tegangan-regangan pada material dasar. Kurva B dihasilkan ketika beban dihilangkan (unloading) pada saat baja melalui daerah strain-hardening. Kurva D menunjukkan kurva tegangan - regangan jika baja dibebani kembali setelah terjadi strain-ageing. Perlu diperhatikan bahwa titik leleh kurva C dan D lebih tinggi dari pada titik leleh material dasar dan

II-8 daktilitas menurun setelah terjadi strain hardening dan strain ageing. Kurva pengaruh strain hardening dan strain ageing dapat dilihat pada gambar 2.6.

Gambar 2.7 Pengaruh Strain-harding dan Strain-ageing Spesifikasi Mekanis Tegangan Regangan (yu 2000)

2.3 Desain Tegangan

Kekuatan dari baja cold-formed elemen struktur bergantung dari nilai tegangan lelehnya, kecuali dalam kasus di mana tekuk lokal elastis atau tekuk globalnya kritis. Karena kurva tegangan-regangan dari lembaran atau strip baja bisa berupa kurva sharp-yielding type atau gradual-yielding type, metode untuk menentukan tegangan leleh untuk sharp-yielding steel dan tegangan leleh untuk gradual-yielding steel ditentukan dalam AS 1391.

Tegangan leleh untuk sharp-yielding steel ditentukan oleh level tegangan dari plateau. Tegangan leleh untuk gradual-yielding steel ditentukan dengan metode penguluran non-proporsional atau metode total penguluran.

II-9 Gambar 2.8 Kurva Tegangan-Regangan Baja (Yu 2000)

Kekuatan dari elemen yang tertekuk tidak hanya bergantung dari tegangan leleh, tetapi juga dari modulus elastisitas (E) dan tangen modulusnya (Et). Modulus elastisitas ditentukan dari kemiringan bagian yang lurus pada kurva tegangan - regangan. Nilai dari E yang ditentukan dalam Standard berkisar dari 200 sampai 207 GPa. Nilai 200 GPa digunakan untuk standard pendesainan. Tangen modulus ditentukan oleh kemiringan dari kurva tegangan-regangan di setiap level tegangan. Untuk sharp-yielding steel, Et bernilai sama dengan E sampai tegangan leleh, tetapi untuk gradually-yielding stress, Et bernilai sama dengan E hanya sampai proportional limit (Fpr). Setelah tegangan melampaui proposional limit, nilai tangen modulus (Et) akan menurun dibandingkan modulus elastisitasnya. Berbagai macam ketentuan mengenai tekuk dalam Standard ditulis untuk gradually-yielding steels dengan proportional limit tidak

II-10 kurang dari 70% dari titik leleh minimum yang ditentukan. Kurva tegangan regangan dapat dilihat pada gambar 2.7.

Tabel 2.1 Kekuatan Minimum Baja Ringan Berdasarkan AS 1163,AS 1397,AS 1594,AS 1595danAS/NZS 3678.

2.4 Metode Perhitungan Manual

Metode perhitungan dengan menggunakan metode manual terdapat beberapa tahapan diantarnya :

2.4.1 Perhitungan Property penampang

Langkah pertama yang akan kita lakukan dalam melakukan perhitungan manual adalah melakukan perhitungan terhadap property penampang, yang ditampilkan dibawah ini:

II-11 Gambar 2.9 Penampang Lip Chanel

Sumber: Analisis dan Desain Komponen Struktur Baja AISI, 2007

1. Parameter dasar ̅ ̅

̅ ( ) ̅ ( ₎

[ ( _)] ̅ (

) 2. Luas penampang

II-12 3. Momen inersia area

Chanel :

[

[ ]]

4. Jarak pinggir terhadap garis tengah

̅̅̅ 5. Jarak pinggir terhadap garis luar penampang

̅ ̅̅̅

6. Momen inersia terhadap y – axis ̅ ̅

7. Jarak titik geser terhadap garis tengah penampang a. Chanel :

̅ ̅ ̅ ̅ [ ̅ ̅ ] ̅ ̅ ̅ [ ̅] ̅ ̅ ̅ ] 8. Jarak antara titik pusat penampang terhadap titik pusat geser

̅̅̅ ) x

9. St. Vennat torsion constans

10. Pembengkokan konstan

a chanel : CW =

̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ [ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ 11. Parameter

̅̅̅ ̅ ̅̅̅ ̅

II-13 12. Parameter

_[( ̅ ̅̅̅ ̅̅̅ )] ̅ _[ ̅ ̅̅̅̅ ̅̅̅ ] 13. Parameter

a chanel :

̅ ( ̅ ̅̅̅ ) ₍ ̅ ̅̅̅) [ ̅ ̅ ]

14. Parameter yang dipergunakan dalam penentuan elastisistas kritis J =

+

2.4.2 Perhitungan Moment dengan Menggunakan AISI 2007

Standar Nasional Indonesia SNI 03 – 1729 – 2002 “Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung” merupakan standar perencanaan konstruksi baja paling baru di Indonesia. Meskipun demikian, standar tersebut belum memasukkan strategi perencanaan baja canai dingin dalam pembahasannya, dan dikhususkan hanya untuk pemakaian baja canai panas saja. Bagaimanapun juga, pemakaian baja canai dingin berbeda perlakuannya dibanding baja canai panas (Wei-Wen Yui 2000), dan sudah banyak negara-negara yang memahami hal tersebut yaitu dengan membuat peraturan perencanaan yang berbeda antara baja canai panas dan dingin. Tabel 2.2 memperlihatkan masing-masing peraturan perencanaan struktur baja untuk beberapa Negara.

Sesuai dengan Table 2.2 dibawah ini akan diberikan pembahasan momen nominal dengan menggunakan peraturan yang dipergunakan di negara Amerika yaitu AISI versi 2007 :

Ωb = 1.67 (ASD) Φb = 0.90 (LRFD)

= 0.85 (LSD)

Untuk λd≤ 0.673 Mn = My

II-14 Mn = ( 1- 0.22 (Mcrd/My)0.5)( Mcrd/My)0.5 My

Dimana

λd = √

My = SfyFy Dimana

Sfy = Modulus penampang elastis terhadap serat ektrim pertama Mcrd = Sf Fd

Dimana

Sf = Modulus penampang elastis terhadap serat ektrim Fd = Distolsi tegangan tekuk elastis

Tabel 2.2 Standar Perencanaan Baja di Berbagai Negara.

Catatan : Judul yang dicantumkan mungkin sudah out-of dated dan sudah ada versi barunya.

Negara Baja canai Panas (hot-rolled) Baja canai Dingin (cold-formed) Amerika AISC-ASD89 dan AISC-LRFD99 AISI 1996 Cold-Formed specificasion

Australia AS4100-1998, steel Structures, Standard Australia AS/NZS 4600:2005 : Cold Formed Steel Structures British BS5950 2000 BS5950 Part V : Code of Practice for Desigh

Cold-formed Sections

CSA-S136, "North american Specification for the Desigh of Cold-Formed Steel Structural Members". Canation Standard Association, Ontario, 2001 "Technical Strandard for Thin-Walled Steel Structures". GBJ 88, Beijing People's Republic of China, 1988 Eropa ENV 1993-1-1 (1996) European Committee for ENV 1993-1-3 (1996) European Committee for

Standardisation: Eurocode 3: Desigh of steel Standardisation: Eurocode 3: Desigh of steel Structures, Part 1.1 : General Rules for Steel. Structures, Part 1.3 : Supplementary Rules for Cold

formed thin gauge members and sheeting Perancis French Code besed on centre technique industriel centre technique industriel de la Construction

de la Construction Metallique Publication entitled "design Metallique: Recommendation pour le calcul des Rules for Structural Steelwork." Contructions a Elements Minces en Acier", 1978 india IS: 800-1984 Code for practice for general contruction in steel IS: 801-1975 (Indian cold Formed Steel Code)

Indian standard code of practice IS: 802-1995 Part 1 IS: 811-1987 (Specification for Cold formed light gauge structural steel sections)

Indonesia SNI 03-1729-2000 atau Tata Cara Prencanaan Struktur baja untuk Bangunan Gedung

Jerman DIN 18800 and DIN 4114 DIN V ENV 1993-1-3, versi Jerman Eurocode Jepang Japanese Architectural Standard Specification JASS 6 Architectural Institute of japan: "Recommendations for

(1996) Structural steelwork Specification for Building the desight and Fabrication of light Weight Steel Constraction Structure", 1982

Swedia StBK-K2 (1983), knacknin, vippning ach buckling, Swedish Institute of Steel Constraction: "Swedish kommentater till stalbyggnasdsnorm 70 Code for light Gauge Metal structures", Publication (Plate,Column, and Beam-Column Buckling), statens 76, Ma, 1982

stalbyggnadskommitte, Svensk Byggtjanst, 2 Ed. CSA standard CAN/CSA-S16. 1-94 Canada

Steel Desigh Per GBJ 17-88 China

II-15 2.5 Contoh Perhitungan Momen Nominal

Untuk baja ringan perlu dilakukan perhitungan momen nominalnya, ada pun perhitunganya sebagai berikut ini :

Gambar 2.10 Penampang Lips Chanel

Sumber: Analisis dan Desain Komponen Struktur Baja AISI, 2007

E29500 Ky1 Ly36 ry0.342 ro2.15 Cw0.315

ey 

2

E Ky Ly ry



 

2

 G11300

Fy33

ey 26.277

t 1 A ro 2

G J 

2

E Cw





Kt Lt ( )2

         t 36.482

Calculate Cb assuming a unit loading

w1.0 L72.0

Mmax w L

2 

8



Mmax648

II-16

Ma 7w L

2



128



Ma 283.5

Mb 3w L

2



32



Mb 486

Mc 15w L

2



128



Mc 607.5

Cb 12.5 Mmax

2.5Mmax 3Ma 4Mb 3Mc



Cb1.299

Fe (Cb ro A)

Sf 



eyt





Fe58.497

0.56Fy18.48

2.78Fy91.74

For 2.78FyFe 0.56Fy

Fe 58.497

Fc 10

9 Fy 1

10Fy 36Fe 









 

Fc30.921

From Example I-9 with Fc30.921

Sc0.060

MnSc Fc

Mn 1.855

II-17

Allowable Design Strengnt Ωb1.67

M Mn

Ωb



M1.111

Wlive 8 M L2

10

 

Wlive0.017 LRFD

Design Strength (LRFD) ϕ0.90

MuϕMn Mu1.67

Live load faktor = 1.6

Wlive0.016

3. Check Shear (Section C3.2)

h5.598[2 0.0566(  0.0849)] h5.315

t0.0566 h

t 93.905

E29500 Kv5.34

E Kv

Fy 69.092 1.51 E Kv

Fy

 104.328

For E Kv

Fy <h/t<=1.51 E Kv

Fy Wlive 8Mu L2      

1.6 10



Tegangan geser

II-18 2.6 Aplikasi Software SAP2000

SAP2000 adalah sebuah software komputer yang dibuat untuk memudahkan dalam melakukan perhitungan struktur. Program komputer rekayasa seperti SAP2000 berbeda dengan program computer umum (EXCEL, AutoCAD, Words, dll), karena pengguna dituntut untuk memahami latar belakang metoda maupun batasan dari program tersebut.

SAP2000 merupakan pengembangan program SAP’ yang dibuat oleh Prof.

Edward L. Wilson dari University of California at Berkeley, US sekitar tahun 1970. Untuk melayani kebutuhan komersil dari program SAP, pada tahun 1975 dibentuk perusahaan computer & structure, Inc. dipimpin oleh ASharf Habibullah.

Program SAP ini dapat dikatakan sebagai cikal bakal dari program-program analisa struktur lain didunia. dengan reputasi lebih dari 30 tahun program SAP dikenal secara luas dalam komunitas rekayasa.

Fv0.441 Aw5.4150.0566 0.306 Fv14.3

VnAw Fv Vn4.383

or per Table II-3, for a 550T 125-54 with a yield stress of 33

Vn4.383 Fv14.3

LRFD

Design Strenggth

Vu 1.6 Wlive L 2

 

Vu0.987

v 0.95 xv Vn x4.164

0.954.164

fy =550mpa / G550

II-19 Awalnya dimulai dari versi main-frame dan kemudian dikembangkan kepada versi PC-nya yaitu SAP80. Dan tahun 1990 versi SAP90, semuanya dalam sistem DOS. Perkembangan dari sistem DOS kea rah sistem windows dikeluarkan SAP2000 versi ini cukup canggih karena dapat digunakan untuk analisa non linier. Untuk material baja ringan dapat pula dilakukan perhitungan dengan mempergunakan software SAP2000. Dengan mempergunakan aplikasi ini kita dapat mempercepat perhitungan dengan melakukan pemodelan terhadap jenis kontruksi yang akan di hitung, secara garis besarnya perhitungan terhadap material baja ringan sama dengan perhitungan terhadap material baja biasa, letak perbedaanya hanya terdapat pada input material salah satunya seperti dibawah ini :

 Pilih CLDFRM lalu klik modify/show material

IV-1 BAB IV

ANALISIS DAN DESAIN

4.1 Data Penampang

Penampang yang akan ditelusuri merupakan penampang yang dimodelkan dengan pemodelan balok sederhana diatas dua peletakan, sebelum melakukan perhitungan telah dilakukan pemodelan dan dimensi penampang serta property penampang yang direncanakan.

4.1.1 Pemodelan Penampang

Penampang yang ditinjau merupakan gording rangka atap dengan material baja ringan yang dimodelkan kedalam pemodelan balok sederhana adapun pemodelanya di perlihatkan pada gambar berikut ini:

Gambar 4.1 Gording Rangka Atap yang Ditinjau

Dari kondisi gording atap diatas batang yang ditinjau dimodelkan reaksi peletakanya diasumsikan peletakan sederhana berupa sendi rol dan sendi tumpu pada gambar berikut ini:

Batang yang ditinjau

IV-2 Gambar 4.2 Pemodelan Penampang

4.1.2 Parameter Penampang

Parameter penampang merupakan element dasar yang akan dipergunakan kedalam perhitungan menggunakan metode manual dan software SAP2000 ditampilkan dibawah ini :

4.1.2.1 Property penampang

Berat volume = 3.56 kg/m3 E = 200000 N/mm2 Poisson ratio U = 0.3

Coefficient of thermal expansion A = 454 mm2 Shear modulus G = 96153.85 Minimum yieled stess, Fy = 350 MPa Minimum tensile stess, Fu = 420 MPa

Selain property penampang diatas dimensi baja ringan yang direncanakan didalam desain di perlihatkan pada gambar berikut ini:

Beban

IV-3

4.1.2.2 Dimensi penampang

Gambar 4.3 Penampang Lip Chanel

Out side heigh (a’) = 0.1 m Out side widh (B’) = 0.05m

Thick ness (t) = 0.002 m Radius ( R ) = 0.003 m Lip depth ( C ) = 0.02 m

Dimensi penampang diatas diperoleh dari tabel yang diperlihatkan pada tabel 4.1.

IV-4 Tabel 4.1 Property Penampang Baja Ringan

4.2 Pembebanan dan Kombinasi Pembebanan

Dalam merencanakan suatu desain beban merupakan hal vital yang harus diperhatikan, perencanaan harus memperhatikan beban – beban yang di ijinkan seperti beban mati, beban hidup dan beban lainnya.

IV-5

4.2.1 Pembebanan

Beban mati ialah berat dari semua beban yang bersifat tetap, termasuk segala unsur tambahan yang bersifat tetap pula. Beban hidup merupakan beban yang bersifat bisa ada atau tidak. kemungkinan terjadi akibat penghunian yang bersifat berpindah.

Selain beban mati dan beban hidup masih terdapat beban-beban lainya seperti: Beban angin, beban hujan, dan beban gempa namun dalam skripsi ini beban-beban tersebut tidak ditinjau, dalam skripsi ini hanya difokuskan terhadap beban mati yaitu akibat berat sendiri (D), akibat beban tambahan yang bersifat menetap (SIDL) yang diakibatkan oleh beban atap zincalume dan ring. Beban hidup (LL) akibat beban orang dalam proses pengerjaan.

Untuk beban atap berat dari atap zincalume diperoleh dari tabel dimensi atap yang ditampilkan dalam tabel 4.2 dibawah ini :

Tabel 4.2 Berat dan Dimensi Penampang Atap Zincalume (sumber Cv.Cipta Prima Perkasa)

IV-6 Adapun perhitunganya diuraikan dibawah ini panjang ( p ) dan lebar ( l ) atap yang ditinjau diasumsikan sebagai berikut :

l atap = 1.6 m p atap = 3 m berat penutup atap = 4.55 kg/m2

Maka :

a) Beban mati (SIDL)

= l atap x beban penutup atap = 1.6 x 4.55

= 7.28 kg/m

besar beban mati (SIDL) yang dipergunakan dalam skripsi ini sebesar 15 kg/m akibat berat reng dan komponen lainya.

b) Beban hidup (LL) = 100 kg/m

besar beban hidup (LL) yang dipergunakan sesuai dengan peraturan pembebanan SKBI – 1.3.53.1987.

4.2.2 Kombinasi Beban

Kombinasi pembebanan ultimit yang ditinjau menurut peraturan pembebanan sebagai berikut :

1. 1.4 D + 1.4 SIDL

2. 1.2D + 1.2SIDL + 1.6LL Dimana :

D = beban mati akibat berat sendiri

SIDL = beban mati akibat beban tambahan dari luar yang bersifat permanen

LL = beban hidup

4.3 Analisis Desain Balok Sederhana Menggunakan Metode Manual

Dengan mempergunakan data yang telah dibahas diatas, sebagai penelusuran terhadap perhitungan yang dilakukan oleh software dilakukan

IV-7 perhitungan dengan metode manual perhitungan dilakukan berdasarkan AISI2007 yang menggunakan penggunaan software mathcad untuk mengurangi tingkat kesalahan yang diakibatkan oleh human error, material yang di masukan sama dengan material yang di hitung dengan mempergunakan software SAP2000. Adapun perhitunganya sebagai berikut:

Property penampang

E200000MPa Ky1m Ly1.5m ry0.815m2 ro6.731cm Sf0.14m3 A454mm2 Cw444cm4 Kt1 Lt1

ey 

2

E Ky Ly ry



 

2

 G96153MPa J605cm4 Fy350MPa

ey 5.827 10 5MPa

t 1 A ro 2

G J 

2

E Cw





Kt Lt ( )2

        

t4.544 10 6MPa

Menghitung Cb

w115kg L3m

Mmax w L

2 

8m



Mmax 129.375kg m  

Ma 7w L

2 

128m



Ma56.602kg m 

Mb 3w L

2 

32m



Mb97.031kg m 

Mc 15w L

2 

128m



Mc121.289kg m 

Cb 12.5 Mmax

2.5Mmax3Ma4Mb3Mc



IV-8 Vn = 4032 kg

Dimana

Fe (Cb ro A)

Sf 



eyt





Fe461.266MPa 0.56Fy196 MPa 2.78Fy973 MPa

For 2.78FyFe0.56Fy Fe461.266MPa Fc 10

9Fy 1 10Fy 36Fe      

Fc306.922MPa

Sc8.99110 6m3 MnSc Fc Mn281.394kgf m 

  Menghitung tegangan geser

h 100mm tweb 2mm fy350MPa hweb h 2tweb hweb 96 mm Aw hweb tweb Aw 192 mm2 Kuat geser Nominal

τ  0.6 fy τ  210 MPa VnτAw

IV-9 Berdasarkan perhitungan manual yang dihasilkan didapatkan besar momen nominal ( Mn) dan gaya geser (Vn) masing-masing sebesar :

Mn = 281.394 kgf-m Vn = 4032 kg

4.4 Analisis Desain Balok Sederhana Menggunakan SAP 2000

Berdasarkan data yang telah dibahas diatas maka pada tahapan ini dicoba untuk melakukan perhitungan secara cepat dengan mempergunakan bantuan software SAP2000. Tahapan perhitungan menggunakan software SAP2000 untuk medapatkan hasil perhitugan yang akan dibandingkan dengan hasil perhitungan menggunakan metode manual sebelumnya tahapan perhitungan seperti dibawah ini.

4.4.1 Pemodelan Struktur

Pemodelan yang dilakukan untuk memodelkan baja ringan yang menerima beban merata akibat beban mati (SIDL) dan beban terpusat akibat beban hidup (LL) di modelkan kedalam balok sederhana. Adapun sendi yang menopang dimodelkan kedalam sendi tumpu dan sendi rol, tumpuan sendi dapat memberikan reaksi vertikal dan horizontal, sedangkan tumpuan rol hanya dapat memberikan reaksi vertikal pada tahapan ini dilakukan pemodelan struktur yang akan di rancang. Perhatikan satuan yang akan dipergunakan dalam perhitungan karena satuan akan mempengaruhi terhadap tahapan perhitungan berikutnya dan akan berpengaruh terhadap hasil akhir dari perhitungan terhadap penampang yang akan ditelusuri, pemodelan struktur diperlihatkan pada gambar dibawah ini:

IV-10 Gambar 4.4 Pemodelan Balok Sederhana

4.4.2 Input Material Property

Input property material merupakan tahapan yang dilakukan untuk memasukan property penampang yang dimasukkan kedalam program SAP2000 data ini diperoleh berdasarkan peraturan yang berlaku dalam perhitungan ini mengacu pada AISI2007 dan table yang dikeluarkan oleh pabrik - pabrik baja proses input material property dalam SAP2000 peroses input ini harus dilakukan secara teliti dan dilakukan secara bertahap dimana material baja yang dipergunakan adalah mutu G350 dengan fy 350 dan fu 420 proses input material property untuk kasus diatas diperlihatkan pada gambar 4.5 berikut ini.

IV-11 Gambar 4.5 Input Material

4.4.3 Input Dimensi Penampang

Pada tahapan ini dilakukan proses input ukuran dari baja ringan yang akan kita rencanakan untuk dipergunakan. Data ukuran dari baja ringan yang berlaku dilapangan yang dikeluarkan oleh pabrik produsen baja ringan berupa table. Ukuran penampang rencana disesuikan dengan beban yang diterimanya proses input dimensi penampang diperlihatkan dibawah ini :

IV-12 Gambar 4.6 Input Dimensi Penampang

4.4.4 Input Beban

Pada proses ini dilakukan perhitungan terhadap beban yang akan dipikul oleh penampang, beban yang di input berupa beban terpusat akibat beban hidup (LL) , beban akibat berat sendiri (D) dan beban merata yang diakibatkan oleh beban mati tambahan (SIDL). Ketiga jenis beban itu akan mempengaruhi terhadap kekuatan dari struktur yang akan kita rancang, ketiga beban itu diinput kedalam software SAP2000 dan dibuatkan kombinasi pembebananya sesuai dengan kombinasi pembebanan yang telah dibahas sebelumya. Proses input beban dan kombinasi pembebanaan ditampilkan dibawah ini :

IV-13 Gambar 4.7 Input Jenis Beban

IV-14 Gambar 4.9 Input Beban Mati SIDL

IV-15

4.4.5 Pemilihan Standar Perhitungan

Seperti pembahasan sebelumya perhitungan dengan software SAP2000 juga dipilih standar peraturan yaitu AISI-LRPD. Untuk menampilkan menu ini dapat dilakukan dengan masuk menu options dan tahapan seperti dibawah ini :

Gambar 4.11 Standar Perhitungan

IV-16

4.4.6 Run Analysis

Run analysis merupakan proses penghitungan yang dilakukan oleh software terhadap material yang telah kita input dimana setelah proses input telah rampung dilaksanakan dan sudah lengkap, maka proses perhitungan pun dapat dilakukan. Proses perhitungan dari run analysis ini akan memberikan output perhitungan. yang akan kita pelajari sebagai acuan untuk penerapan dilapangan.

Gambar 4.13 Run Analysis

4.4.7 Output Perhitungan

Output perhitungan merupakan hasil perhitungan yang dihasilkan dari analysis yang dilakukan software adapun output perhitungan diperlihatkan dibawah ini :

IV-17 Gambar 4.14 Output Perhitungan

Berdasarkan data output yang ditunjukan pada gambar diatas perhitungan yang dihasilkan dari penggunaan Software SAP2000 untuk menghitung pembebanan pada kasus yang telah diuraikan diatas maka didapatkan besar momen nominal ( Mn) dan gaya geser (Vn) masing-masing sebesar :

Mn = 299.957 kgf-m Vn = 3854.527 kg

IV-18

4.5 Perbandingan Hasil Perhitungan Terhadap Balok Sederhana

Berdasakan hasil dari masing – masing perhitungan yaitu dengan mempergunakan metode manual AISI2007 dan perhitungan dengan mempergunakan software SAP2000 diperoleh hasil perhitungan diperlihakan pada tabel 4.3 dibawah ini :

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Metode Manual dan Software SAP2000

Metode perhitugan Metode

perhitungan manual Perhitungan SAP2000 Selisih perhitungan dalam % Momen nominal (Mn) kgf-m

281.394 299.95 6.186 %

Gaya geser nominal (Vn) kg

4032 3854.527 4.40%

Dari tabel diatas diperoleh hasil untuk momen nominal perhitungan dengan SAP2000 memperoleh hasil lebih besar dari metode manual dengan selisih sekitar 6.186%, sedangkan untuk gaya geser perhitungan dengan metode manual memperoleh hasil yang lebih besar daripada perhitungan dengan SAP2000 dengan selisih sekitar 4.40%. oleh karena itu pada analysis studi kasus selanjutnya untuk kecepatan pengerjaan dan mengurangi tingkat kesalahan direkomendasikan menggunakan Software SAP2000 untuk perhitunganya.

IV-19

4.6 Studi Kasus

Studi kasus yang dipergunakan pada studi ini adalah pembangunan di lokasi X dengan mempergunakan kontruksi atap memakai baja lips chanel luasan atap yang direncanakan memiliki panjang dan lebar masing 8m x 6m dengan kemiringan atap 35 derajat. Metode perhitungan yang dipergunakan mengacu kepada metode aplikasi SAP2000, yang telah dijelaskan pada bab 3 adapun gambaran bentuk atap yang akan tinjau gordingnya ditunjukan oleh gambar 4.15 dibawah ini :

Gambar 4.15 Rangka Atap yang Dihitung

pemodelannya dilakukan seperti diperlihatkan pada gambar dibawah ini, dengan jarak kuda - kuda yang berdekatan adalah 1.33, peninjauan difokuskan terhadap gourding dari rangka atap. Dengan peletakan terdiri dari sendi rol dan sendi tumpu.

6m

8m

IV-20 Gambar 4.16 Pemodelan dalam SAP

4.6.1 Input

Langkah pertama yang akan kita lakukan didalam perhitungan adalah melakukan input material kedalam SAP2000 material yang dipergunakan dalam kasus diatas adalah baja ringan lip chanel, maka material property sama dengan yang telah dibahas didalam pembahasan sebelumnya, dimana :

Gambar 4.17 Input Property Penampang

Batang Yang ditiinjau

IV-21 Setelah tahapan input property penampang dilaksanakan dilakukan input ada beberapa input yang dilakukan yaitu :

1. Input penampang

Merupakan tahapan untuk melakukan input penampang yang akan kita pakai, proses ini dapat dilakukan dengan sistem auto dimana program SAP2000 akan memilih secara otomatis ukuran penampang yang akan disesuaikan dengan beban namun dalam kasus ini kita assign frame dilakukan secara manual :

IV-22 Gambar 4.19 Pemilihan Dimensi Penampang

Gambar 4.20 Input dalam SAP Frame Section

Untuk kasus ini dimensi rencana gording menggunakan frame propertis lebih kecil dengan ukuran 125 x 50 x 20 dibandingkan dengan kuda - kuda yang mempergunakan penampang yang lebih besar yaitu 150 x 50 x 20 mm.

IV-23

2. Input beban

Dalam kasus diatas diasumsikan beban yang diterima oleh masing – masing penampang merupakan beben merata yang hanya memikul beban mati dari berat sendiri, reng dan genteng. Besarnya beban diasumsikan sebesar melaui perhitungan yang disesuaikan dengan luas beban yang diterimanya untuk, rata- rata beban yang diterima gourding telah dibahas dalam pembahasan pembebanan sebelumnya, untuk setiap panjang gourding, perhitungan dilakukan dengan proses perhitungan terpisah dengan metode perhitungan beban antara beban mati dan beban hidup Adapun proses input bebannya seperti berikut ini :

IV-24 Gambar 4.22 Input Beban Mati dalam SAP

Tahapan berikutnya adalah melakukan pengecekan terhadap aturan yang dipergunakan yaitu AISI LRFD

IV-25

4.6.2 Output

Setelah desain atap dibuat dan semua beban diinput pada desain atap dalam SAP2000 tersebut, langkah selanjutnya yang dilakukan adalah menganalisis hasil output nya. Pada analisis tersebut menghasilkan besar gaya kekuatan axial, besar gaya geser, besar gaya torsi dan juga besar momen.

IV-26 Gambar 4.25. Diagram Momen 3.3

IV-27 Gambar 4.27 Diagram Ratio

Perhitungan ratio yang tepat adalah < 1, jika hasil ratio yang dihitung > 1 artinya batang baja tersebut tidak kuat untuk menahan beban yang ada. Pada gambar di atas terdapat batang berwarna hijau, batang berwarna hijau menandakan hasil ratio < 1, sedangkan batang berwarna merah menandakan hasil ratio > 1. dari perhitungan diatas diperoleh besar momen nominal (Mn) dan gaya geser (Vn) sebesar:

Mn = 675.329 kgf-m Vn = 5047 kg

Hasil perhitungan diperlihatkan pada tabel 4.4 berikut ini :

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Metode Manual dan Software SAP2000

Moment ultimate Gaya geser ultimate (Vu)

Axial force (Pu)

56.798 kgf-m 80 kg -3.193

Momen nominal (Mn) Gaya geser (Vn) Rasio

IV-22 Gambar 4.19 Pemilihan Dimensi Penampang

Gambar 4.20 Input dalam SAP Frame Section

Untuk kasus ini dimensi rencana gording menggunakan frame propertis lebih kecil dengan ukuran 125 x 50 x 20 dibandingkan dengan kuda - kuda yang mempergunakan penampang yang lebih besar yaitu 150 x 50 x 20 mm.

IV-23 2. Input beban

Dalam kasus diatas diasumsikan beban yang diterima oleh masing – masing penampang merupakan beben merata yang hanya memikul beban mati dari berat sendiri, reng dan genteng. Besarnya beban diasumsikan sebesar melaui perhitungan yang disesuaikan dengan luas beban yang diterimanya untuk, rata- rata beban yang diterima gourding telah dibahas dalam pembahasan pembebanan sebelumnya, untuk setiap panjang gourding, perhitungan dilakukan dengan proses perhitungan terpisah dengan metode perhitungan beban antara beban mati dan beban hidup Adapun proses input bebannya seperti berikut ini :

IV-24 Gambar 4.22 Input Beban Mati dalam SAP

Tahapan berikutnya adalah melakukan pengecekan terhadap aturan yang dipergunakan yaitu AISI LRFD

IV-25 4.6.2 Output

Setelah desain atap dibuat dan semua beban diinput pada desain atap dalam SAP2000 tersebut, langkah selanjutnya yang dilakukan adalah menganalisis hasil output nya. Pada analisis tersebut menghasilkan besar gaya kekuatan axial, besar gaya geser, besar gaya torsi dan juga besar momen.

IV-26 Gambar 4.25. Diagram Momen 3.3

IV-27 Gambar 4.27 Diagram Ratio

Perhitungan ratio yang tepat adalah < 1, jika hasil ratio yang dihitung > 1 artinya batang baja tersebut tidak kuat untuk menahan beban yang ada. Pada gambar di atas terdapat batang berwarna hijau, batang berwarna hijau menandakan hasil ratio < 1, sedangkan batang berwarna merah menandakan hasil ratio > 1. dari perhitungan diatas diperoleh besar momen nominal (Mn) dan gaya geser (Vn) sebesar:

Mn = 675.329 kgf-m Vn = 5047 kg

Hasil perhitungan diperlihatkan pada tabel 4.4 berikut ini :

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Metode Manual dan Software SAP2000 Moment ultimate Gaya geser ultimate

(Vu)

Axial force (Pu)

56.798 kgf-m 80 kg -3.193

Momen nominal (Mn) Gaya geser (Vn) Rasio