62
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
: F
y
= 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 γ
baja
sebesar 7850 Kgm
3
yang terdapat pada tabel Tabel 3-1.
Universitas Sumatera Utara
63
2. Beban Hidup Live Load
Mencakup beban-beban crane P
crane
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.
Universitas Sumatera Utara
64
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 releasepartial 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 U
3
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.
Universitas Sumatera Utara
65
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
H
w
= 1100 mm
t
w
= 18 mm
t
f
= 22 mm
Data properti penampang adalah sebagai berikut:
A = . .
+ .
= 46200 mm
2
q = . γbaja
= 362,67 kgm I
x
= { [ . . ] + [ . .
−
] } + { .
} = 6,15 .10
9
mm
4
I
y
= [ . . +
. ]
= 7,93 . 10
8
mm
4
S
x
=
, .
= 1,07 . 10
7
mm
3
Sy =
, .
= 2,64 . 10
6
mm
3
Z
x
= [ . .
− ] + . .
= 2,02 . 10
7
mm
3
Z
y
= , .
= 3,96 . 10
6
mm
3
J = .
+ . . =1,19 . 10
7
mm
4
Universitas Sumatera Utara
66
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 M
u
= M
DL
+ M
LL
= 123960,45 kg.m = 1239,6045 KN.m Gaya geser maksimum akibat beban crane :
V
DL
= 1,2 q
u
. L = 13056,12 kg
Universitas Sumatera Utara
67
V
LL
= 1,6 P2 = 10000
kg V
u
= V
DL
+ V
LL
= 23056,12 kg
Cek kelangsingan penampang 1.
Penampang sayap Cek penampang sayap :
b t = 27,27272
λp =0,38 . E.F
y
0,5 10,96966
λr =1,00 . E.F
y
0,5 28,86751
ini adalah jenis penampang Non-kompak
2. Penampang badan
Parameter tekuk lateral LTB
1. Mencari nilai L
p
Nilai L
p
= √ = 130,975 mm
= , . . √ = 6654,419 mm
Cek penampang badan : b t =
61,11111 λp =3,76 . E.F
y
0,5 108,5419
λr =5,70 . E.F
y
0,5 164,5448
ini adalah jenis penampang kompak
Universitas Sumatera Utara
68
2. Mencari nilai L
r
Nilai L
r
Ho= H - t
f
= 1122 mm
= . .
= 2,49 . 10
14
mm
6
= √
√ . �
= 203,322 mm
C untuk profil I simetris ganda = 1
= ,
,
√
� ℎ
+ √
� ℎ
+ ,
,
= 30923,114 mm
Mencari nilai momen nominal
1. Kondisi pelelehan
M
n
= M
p
= Z
x
. F
y
= 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 :
≤
�
Universitas Sumatera Utara
69
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
V
n
= 0,6 F
y
A
w
C
v
= 285120 kg ØVn
Vu 0,9 . 285120 kg
23056,12 kg
256608 kg 23056,12
kg Nilai ØVn lebih besar daripada Vu maka memenuhi syarat
Universitas Sumatera Utara
70
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 mm
2
q = . γbaja
= 298,3 kgm I
x
= { [ . . ] + [ . .
−
] } + { . [ .
]} = 5,59 .10
9
mm
4
I
y
= .
. .
+ .
+ . . .
= 1,04.10
9
mm
4
Universitas Sumatera Utara
71
S
x
=
, .
= 1,09 .10
7
mm
3
Sy =
, .
= 4,16 .10
6
mm
3
Z
x
= [ . .
− ] + . .
= 1,31 .10
7
mm
3
Z
y
= [ . .
− ] + . .
= 7,15 .10
6
mm
3
J = .
. + . .
= 6,2 .10
6
mm
4
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
Universitas Sumatera Utara
72
Momen ultimit : = , . . . = 40270.5 kg.m
= , . . �. = 75000 kg.m M
u
= M
DL
+ M
LL
= 115270,5 kg.m = 1152,705 KN.m Gaya geser maksimum akibat beban crane :
V
DL
= 1,2 q
u
. L = 10738,8
kg V
LL
= 1,6 P2 = 10000
kg V
u
= V
DL
+ V
LL
= 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 ini adalah jenis penampang
Non-kompak
Universitas Sumatera Utara
73
Mencari nilai momen nominal
1. Kondisi pelelehan
M
n
= M
p
= Z
x
. F
y
= 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 V
n
= 0,6 F
y
A
w
C
v
= 345600 kg
Universitas Sumatera Utara
74
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.
Gambar 4.1 pemodelan bentang 30 meter
Universitas Sumatera Utara
75
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 4.3
pembebanan crane-1 pada pinggir bentang
Universitas Sumatera Utara
76
Gambar 4.4
pembebanan crane-2 pada tengah bentang
Gambar 4.5 pembebanan crane-3 pada tengah bentang daerah tengah
frame
Universitas Sumatera Utara
77
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 L3 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 mm
2
q = . γbaja
= 89,427 kgm I
x
= [ . .
+ . . ] + [
. . � + . �. ] +
[ . . . + . . .
+ � ] = 3,28 .10
7
mm
4
I
y
= [
. .
+ . .
] + . . .
= 1,42 . 10
8
mm
4
Z
x
= { [ . . ] + [�. . ] + [ . . � + ] }
= 4,63 . 10
5
mm
3
Z
y
= .
= 2,27. 10
6
mm
3
S
x
=
, .
= 1,93 . 10
5
mm
3
Universitas Sumatera Utara
78
Sy =
, .
= 7,09 . 10
5
mm
3
r
x
= = 53,73 mm
ry = = 111,621 mm
Cek kelangsingan: = 18,611
, √ = ,
Dikarenakan ≤ , √ maka nilai tegangan kritis, � adalah
� =
�
�
= 266,876 MPa � = [ ,
] . � = ,
MPa
Kuat tekan nominal: P
n
= F
cr
.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 L1 sebesar Pu = 32820,606 kg tekan.
Digunakan baja UNP 200x80x11x7,5 dengan data sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
79
H= 200 mm
B= 80 mm
tw= 7.5 mm
tf= 11 mm
q = 24,6 kgm I
x
= 1950 cm
4
I
y
= 177 cm
4
r
x
= 7,89 cm r
y
= 2,38 cm S
x
= 195 cm
3
S
y
= 30,8cm
3
A =31,33 cm
2
Cek kelangsingan:
= 59,42 , √ =
,
Dikarenakan ≤ , √ maka nilai tegangan kritis, � adalah
� =
�
�
= 145,13 MPa � = [ ,
] . � = , MPa
Kuat tekan nominal: P
n
= F
cr
.A = 39875,75 kg
Cek terhadap persyaratan strength limit state :
Universitas Sumatera Utara
80
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 L1 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 kgm I
x
= 533,333 cm
4
I
y
= 0,8533 cm
4
r
x
= 5,77 cm r
y
= 0,231 cm S
x
= 53,333 cm
3
S
y
= 2,133 cm
3
A =16 cm
2
Kuat tarik nominal: ØP
n
= 0,9 . F
y
. A
g
= 34560 kg
Cek terhadap persyaratan strength limit state :
Universitas Sumatera Utara
81
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 L2 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 mm
2
q = . γbaja
= 89,427 kgm I
x
= [ . .
+ . . ] + [
. . � + . �. ]
+ [ . . . + . . .
+ � ] = 3,28 .10
7
mm
4
I
y
= [
. .
+ . .
] + . . .
= 1,42 . 10
8
mm
4
Z
x
= { [ . . ] + [�. . ] + [ . . � + ] }
= 4,63 . 10
5
mm
3
Z
y
= .
= 2,27. 10
6
mm
3
S
x
=
, .
= 1,93 . 10
5
mm
3
Universitas Sumatera Utara
82
Sy =
, .
= 7,09 . 10
5
mm
3
r
x
= = 53,73 mm
ry = = 111,621 mm
Kuat tarik nominal: ØP
n
= 0,9 . F
y
. A
g
= 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
Universitas Sumatera Utara
83
Pada perencanaan ini menggunakan 2 gelagar bridge beam
Data profil IWF built-up adalah sebagai berikut:
B = 500 mm
H = 986 mm
H
w
= 950 mm
t
w
= 14 mm
t
f
= 18 mm
Data properti penampang adalah sebagai berikut:
A = . .
+ .
= 31300 mm
2
q = . γbaja
= 245,705 kgm I
x
= { [ . . ] + [ . .
−
] } + { .
} = 3,11 .10
9
mm
4
I
y
= [ . . +
. ]
= 3,75 . 10
8
mm
4
S
x
=
, .
= 6,31 . 10
6
mm
3
Sy =
, .
= 1,50 . 10
6
mm
3
Z
x
= [ . .
− ] + . .
= 1,18 . 10
7
mm
3
Z
y
= , .
= 2,25 . 10
6
mm
3
J = .
+ . . =8,43 . 10
6
mm
4
Universitas Sumatera Utara
84
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 M
u
= M
DL
+ M
LL
= 64742,3 kg.m = 647,423 KN.m Gaya geser maksimum akibat beban crane :
V
DL
= 1,2 q
u
. L = 5896,92 kg
V
LL
= 1,6 P2 = 10000
kg V
u
= V
DL
+ V
LL
= 15896,92 kg
Universitas Sumatera Utara
85
Cek kelangsingan penampang
1. Penampang sayap
Cek penampang sayap : b t =
27,77778 λp =0,38 . E.F
y
0,5 10,96966
λr =1,00 . E.F
y
0,5 28,86751
ini adalah jenis penampang Non-kompak
2. Penampang badan
Parameter tekuk lateral LTB
1. Mencari nilai L
p
Nilai L
p
= √ = 109,4887 mm
= , . . √ = 5562,772 mm
Cek penampang badan : b t =
67,85714 λp =3,76 . E.F
y
0,5 108,5419
λr =5,70 . E.F
y
0,5 164,5448
ini adalah jenis penampang Kompak
Universitas Sumatera Utara
86
2. Mencari nilai L
r
Nilai L
r
Ho= H - t
f
= 968 mm
= . .
= 8,79 . 10
13
mm
6
= √
√ . �
= 169,696 mm
C untuk profil I simetris ganda = 1
= ,
,
√
� ℎ
+ √
� ℎ
+ ,
,
= 24812,139 mm
Mencari nilai momen nominal
1. Kondisi pelelehan
M
n
= M
p
= Z
x
. F
y
= 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 : ≤
�
Universitas Sumatera Utara
87
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 V
n
= 0,6 F
y
A
w
C
v
= 191520 kg ØVn
Vu 0,9 . 191520 kg
15896,92 kg
172368 kg 15896,92
kg Nilai ØVn lebih besar daripada Vu maka memenuhi syarat
Universitas Sumatera Utara
88
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 mm
2
q = . γbaja
=178,195 kgm I
x
= { [ . . ] + [ . .
−
] } + { . [ .
]} = 1,81 .10
9
mm
4
I
y
= .
. .
+ .
+ . . .
= 3,08 .10
8
mm
4
S
x
=
, .
= 4,709.10
6
mm
3
Universitas Sumatera Utara
89
Sy =
, .
= 1,76 .10
6
mm
3
Z
x
= [ . .
− ] + . .
= 5,74 .10
6
mm
3
Z
y
= [ . .
− ] + . .
=2,91 .10
6
mm
3
J = .
. + . .
= 2,43 .10
6
mm
4
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
Universitas Sumatera Utara
90
Momen ultimit : = , . . . = 10691,7 kg.m
= , . . �. = 50000 kg.m M
u
= M
DL
+ M
LL
= 60691,7 kg.m = 606,917 KN.m Gaya geser maksimum akibat beban crane :
V
DL
= 1,2 q
u
. L = 4276,68 kg
V
LL
= 1,6 P2 = 10000 kg
V
u
= V
DL
+ V
LL
= 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 ini adalah jenis penampang
Non-kompak
Universitas Sumatera Utara
91
Mencari nilai momen nominal
1. Kondisi pelelehan
M
n
= M
p
= Z
x
. F
y
= 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
. √ − , = 1
364,681 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
V
n
= 0,6 F
y
A
w
C
v
= 216000 kg ØVn
Vu 0,9 . 216000 kg
14276,68 kg
Universitas Sumatera Utara
92
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.
Gambar 4.6 pemodelan bentang 20 meter
Universitas Sumatera Utara
93
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 4.8 pembebanan crane-1 pada pinggir bentang
Universitas Sumatera Utara
94
Gambar 4.9
pembebanan crane-2 pada tengah bentang
Gambar 4.10
pembebanan crane-3 pada tengah bentang daerah tengah frame
Universitas Sumatera Utara
95
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 L2 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 mm
2
q = . γbaja
= 70,226 kgm I
x
= [ . .
+ . . ] + [
. . � + . �. ] +
[ . . . + . . .
+ � ] = 1,96 .10
7
mm
4
I
y
= [
. .
+ . .
] + . . .
= 8,54 . 10
7
mm
4
Z
x
= { [ . . ] + [�. . ] + [ . . � + ] }
= 3,15 . 10
5
mm
3
Z
y
= .
= 1,56. 10
6
mm
3
Universitas Sumatera Utara
96
S
x
=
, .
= 1,30 . 10
5
mm
3
Sy =
, .
= 4,88 . 10
5
mm
3
r
x
= = 46,849 mm
ry = = 97,746 mm
Cek kelangsingan: = 21,345
, √ = ,
Dikarenakan ≤ , √ maka nilai tegangan kritis, � adalah
� =
�
�
= 254,587 Mpa � = [ ,
] . � = ,
MPa
Kuat tekan nominal: P
n
= F
cr
.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 L1 sebesar Pu = 29763,305 kg tekan
Universitas Sumatera Utara
97
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 kgm I
x
= 1051 cm
4
I
y
= 147 cm
4
r
x
= 5,86 cm r
y
= 2,19 cm S
x
= 140 cm
3
S
y
= 28,3 cm
3
A = 30,59 cm
2
Cek kelangsingan: = 64,5759
, √ = ,
Dikarenakan ≤ , √ maka nilai tegangan kritis, � adalah
� =
�
�
= 135,958 Mpa � = [ ,
] . � = ,
MPa
Kuat tekan nominal: P
n
= F
cr
.A = 35068,28 kg
Universitas Sumatera Utara
98
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 L1 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 kgm I
x
= 533,333 cm
4
I
y
= 0,8533 cm
4
r
x
= 5,77 cm r
y
= 0,231 cm S
x
= 53,333 cm
3
S
y
= 2,133 cm
3
A =16 cm
2
Kuat tarik nominal: ØP
n
= 0,9 . F
y
. A
g
= 34560 kg
Universitas Sumatera Utara
99
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 L2 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 mm
2
q = . γbaja
= 70,226 kgm I
x
= [ . .
+ . . ] + [
. . � + . �. ] +
[ . . . + . . .
+ � ] = 1,96 .10
7
mm
4
I
y
= [
. .
+ . .
] + . . .
= 8,54 . 10
7
mm
4
Z
x
= { [ . . ] + [�. . ] + [ . . � + ] }
= 3,15 . 10
5
mm
3
Z
y
= .
= 1,56. 10
6
mm
3
Universitas Sumatera Utara
100
S
x
=
, .
= 1,30 . 10
5
mm
3
Sy =
, .
= 4,88 . 10
5
mm
3
r
x
= = 46,849 mm
ry = = 97,746 mm
Kuat tarik nominal: ØP
n
= 0,9 . F
y
. A
g
= 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.
Universitas Sumatera Utara
101
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
Rangka baja adalah desain perencanaan paling ringan jika ditinjau hingga mendekati batas lendutan izin
Universitas Sumatera Utara
102
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
Rangka baja adalah desain perencanaan paling ringan jika ditinjau hingga mendekati batas lendutan izin
Universitas Sumatera Utara
103
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.
Universitas Sumatera Utara