Analisis Sambungan Pemikul Momen Pada Struktur Portal Baja Menggunakan Sambungan Tipe End Plate
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
ANALISIS SAMBUNGAN PEMIKUL MOMEN PADA
STRUKTUR PORTAL BAJA MENGGUNAKAN SAMBUNGAN
TIPE END PLATE
(Study Literatur)
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat untuk
Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Dikerjakan Oleh:
IRBAR DARMANSYAH
12 0424 022
Pembimbing:
Ir. Torang Sitorus, MT
NIP. 19571002 198601 1 001
Penguji I
Penguji II
Prof. Dr-Ing. Johannes Tarigan
M. Agung Putra H, S. T., M. T.
NIP. 19561224 198103 1 002
NIP. 19821206 201012 1 005
Mengesahkan:
Koordinator, PPSE
Ketua
Departemen T. Sipil FT. USU
Departemen T. Sipil FT. USU
Ir. Zulkarnain A. Muiz, M. Eng.Sc.
Prof. Dr-Ing. Johannes Tarigan
NIP. 19560326 198103 1 003
NIP. 19561224 198103 1 002
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2016
Universitas Sumatera Utara
SURAT PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Irbar Darmansyah
NIM
: 12 0424 022
Dengan ini menyatakan bahwa Tugas Akhir saya ini dengan judul “analisis
sambungan pemikul momen pada struktur portal baja menggunakan
sambungan tipe end plate (study literatur)” bebas plagiat.
Apabila dikemudian hari terbukti terhadap plagiat dalam Tugas Akhir saya
tersebut, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan
perundang-undangan.
Demikian pernyataan ini saya perbuat untuk dipergunakan sebagaimana mestinya.
Medan,
Maret 2016
Penyusun,
Irbar Darmansyah
NIM : 12 0424 022
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat
dan karunia-Nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang
struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan
judul
“ANALISIS SAMBUNGAN PEMIKUL MOMEN PADA STRUKTUR
PORTAL BAJA MENGGUNAKAN SAMBUNGAN TIPE END PLATE”.
Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari
dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin
menyampaikan ucapan terima kasih kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu :
1.
Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2.
Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
3.
Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc selaku Koordinator Koordinator PPSE,
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Ir. Torang Sitorus, MT selaku pembimbing yang telah banyak memberikan
arahan, dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran
dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.
5.
Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
6.
Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas teknik Universitas
Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada saya.
i
Universitas Sumatera Utara
7.
Teristimewa dihati buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya,
Ayahanda Djasri Alwi dan Ibunda Lamtiur Sitorus, kakak saya Narulita Altari dan
adik saya Aldiantoni Alwi yang telah memberikan doa, motivasi, semangat dan
nasehat kepada saya. Terima kasih atas segala pengorbanan, cinta, kasih sayang dan
do’a yang tiada batas untuk saya.
8.
Terkhusus buat keluarga kecilku tersayang bunda Soffi Rambe, ST dan juga buat
kedua jagoanku abang Shiraz Alwi dan adek Shaka Alwi yang telah memberikan
nasehat, semangat, dan membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini, terima
kasih atas doa dan semangatnya
9.
Buat teman-teman Teknik Sipil Ekstensi Philip, Otniel, Eva, Richard serta temanteman mahasiswa/i angkatan 2012 dan mahasiswa sipil lainnya yang tidak dapat
disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata
sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman saya dalam hal ini.
Oleh karena itu, saya mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca
demi perbaikan menjadi lebih baik.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat
bermanfaat bagi para pembaca.
Medan,
Maret 2016
Penulis
(Irbar Darmansyah)
ii
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Perencanaan struktur konstruksi baja sangat bergantung pada alat
penyambung yang digunakan, karena sifat konstruksi baja yang relatif sama dan
tipikal perencanaan yang matang pada sisi sambungan portal baja dapat
meminalisir ataupun menghemat biaya pelaksanaan konstruksi tersebut.
penyambungan terjadi karena profil yang digunakan memiliki panjang batang
yang kurang dari perencanaan, ataupun dikarenakan pertemuan antara suatu
batang dengan batang yang lain pada satu titik buhul, yang kemudian
penyambungannya dibantu dengan menggunakan pelat buhul. Dalam perencanaan
sambungan, pemilihan alat sambung yang akan digunakan mempengaruhi
kekuatan sambungan dan kondisi kekakuan yang berbeda-beda sesuai jenis dan
fungsinya. Pada analisa mengenai sambungan antara balok dan kolom ini,
bertujuan untuk membandingkan dua jenis tipe sambungan end-plate yang sering
digunakan, adapun tipe endplate yang coba kita bandinkan disini yaitu tipe flush
dan tipe extended5. Peraturan yang digunakan sebagai pedoman adalah peraturan
SNI 03-1729-2002 untuk Struktur Baja dengan metode LRFD (Load and
Resistance Factor Design), serta panduan dari American Institute of Steel
Construction (AISC). Dari hasil analisa dan perhitungan dari kedua jenis tipe
sambungan ini, diperoleh bahwa dengan mengunakan sambungan tipe flush yang
mana diameter bautnya sama dengan tipe extended, disimpulkan bahwa tipe flush
lebih ekonomis dikarena mengukanan tebal pelat penyambung yang lebih tipis
dibandingkan tipe extended, akan tetapi jika kita mengunakan tebal pelat yang
sama tebal antara kedua jenis sambungan ini dapat disimpulkan tipe extended
lebih ekonomis dibandingkan dengan tipe flush karena mengunakan baut yang
lebih kecil
Kata kunci : Sambungan Momen tipe plat ujung, Tipe Flush, Tipe Extended
iii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ........................................................................................
i
ABSTRAK .......................................................................................................... iii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. ix
DAFTAR NOTASI ............................................................................................
x
BAB I
PENDAHULUAN ..............................................................................
1
1.1 LatarBelakang..............................................................................
1
1.2 PerumusanMasalah......................................................................
6
1.3 Tujuan..........................................................................................
6
1.4 Manfaat Penelitian.......................................................................
6
1.5 Pembatasan Masalah ...................................................................
7
1.6 Metodelogi Penelitian..................................................................
7
1.7 Sistematika Penulisan.................................................................. 10
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 12
2.1 Material Baja Sebagai Bahan Konstruksi.................................... 12
2.1.1 Klasifikasi Baja Konstruksi ............................................. 13
2.1.2 Sifat – sifat Mekanik Baja Konstruksi............................. 16
2.2 Sambungan Pada Konstruksi Baja............................................... 19
2.2.1 Sambungan Momen ......................................................... 22
2.2.2 Sambungan Momen Untuk Balok dan Kolom................. 28
iv
Universitas Sumatera Utara
2.3 Kegagalan yang terjadi pada Sambungan Baja ........................... 31
2.3.1 Kegagalan akibat tegangan yang terjadi .......................... 33
2.3.2 Kegagalan akibat gaya tekan ........................................... 41
2.3.3 Kegagalan akibat geser horizontal................................... 44
2.3.2 Kegagalan akibat geser vertikal....................................... 45
2.4 Software Fine Elemen Analysis (FEA) ....................................... 47
2.4.1 Pengertian dan sejarah pengunaan ANSYS..................... 47
2.4.2 Sistem kerja analisa program........................................... 47
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 51
3.1 Umum .......................................................................................... 51
3.2 Flowchart .................................................................................... 51
3.3 Studi Literatur ............................................................................. 52
3.4 Pemodelan Struktur .................................................................... 52
3.5 Perencanaan Struktur .................................................................. 54
3.5.1 Data Perencanaan............................................................. 54
3.6 Perbandingan .............................................................................. 55
3.7 Kesimpulan ................................................................................. 56
BAB IV ANALISA DATA .............................................................................. 57
4.1 Data Perencanaan ........................................................................ 57
4.2 Perencanaan Sambungan Endplate tipe Flush (dia. baut sama).. 60
4.2.1 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk baut............. 60
4.2.2 Menghitung Nilai tahanan Moment untuk baut............... 62
4.2.3 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk pelat............ 65
v
Universitas Sumatera Utara
4.3 Perencanaan Sambungan Endplate tipe Extended(dia. baut sama)69
4.3.1 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk baut............. 69
4.3.2 Menghitung Nilai tahanan Moment untuk baut............... 71
4.3.3 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk pelat............ 73
4.4 Perencanaan Sambungan Endplate tipe Flush (tebal plat sama). 77
4.4.1 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk baut............. 77
4.4.2 Menghitung Nilai tahanan Moment untuk baut............... 79
4.4.3 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk pelat............ 82
4.5 Perencanaan Sambungan Endplate tipe Extended(tebal plat sama)86
4.5.1 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk baut............. 86
4.5.2 Menghitung Nilai tahanan Moment untuk baut............... 88
4.5.3 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk pelat............ 90
4.6 Analisa Sambungan dengan mengunakan software FEA............ 94
4.6.1 Konfigurasi sambungan ................................................... 94
4.6.2 Konfigurasi elemen struktur penyambung....................... 95
4.6.3 Material properties........................................................... 95
4.6.4 Pemodelan dalam fine elemen ......................................... 96
4.6.5 Meshing dalam fine elemen ............................................. 97
4.6.6 Boundary Condition dalam pemodelan ........................... 98
4.6.7 Hasil Analisa sambungan ................................................ 98
4.7 Analisa defleksi dan tegangan dengan metode analisa teoritis..... 101
BAB V
PENUTUP ......................................................................................... 111
5.1 Kesimpulan.................................................................................. 111
5.2 Saran ............................................................................................ 112
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ xiv
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1.
Contoh Tipe Sambungan Flush End Plate (FEP)
Gambar 1.2.
Contoh Tipe Sambungan Extended End Plate ( EEP )
Gambar 1.3.
Gaya dalam yang bekerja pada Sambungan End plate
Gambar 1.4.
Tegangan dan Regangan yang terjadi pada sambungan end plat
Gambar 2.1.
Proses pembuatan material baja karbon sebagai bahan konstruksi
Gambar 2.2.
Hubungan tegangan – regangan tipikal
Gambar 2.3.
Hasil uji tarik benda uji sampai mengalami keruntuhan
Gambar 2.4.
Perilaku benda uji hingga mencapai regangan sebesar + 2 %
Gambar 2.5.
Sambungan momen dengan metode las
Gambar 2.6.
Sambungan momen dengan metode baut
Gambar 2.7.a. Sambungan Balok dan Kolom
Gambar 2.7.b
Sambungan Balok dan Balok
Gambar 2.7.c
Sambungan kolom dan Kolom
Gambar 2.7.d
Sambungan Kolom dan pondasi
Gambar 2.8.a
Klasifikasi sambungan berdasarkan kekuatan ( strength )
Gambar 2.8.b
Klasifikasi sambungan berdasarkan kekakuan ( rigidity )
Gambar 2.8.c
Klasifikasi sambungan berdasarkan daktailitas ( ductile )
Gambar 2.9.
Tegangan dan Regangan yang terjadi pada sambungan end plat
Gambar 2.10.
Distribusi tahanan baut dari tegangan yang terjadi
Gambar 2.11.
Tegangan pada badan kolom dan juga pada badan balok
Gambar 2.12.
Distribusi penyebaran gaya akibat tekan pada bagian kolom
Gambar 2.13.
Distribusi penyebaran tekuk yang terjadi pada badan kolom
vii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.14.
Distribusi penyebaran tekuk yang terjadi pada badan kolom
Gambar 2.15
Distribusi penyebaran geser horizontal pada badan kolom
Gambar 2.16
Distribusi penyebaran geser vertikal pada badan balok
Gambar 2.17
Pemodelan elemen dengan metode pengunaan node
Gambar 3.1.
Diagram Alir
Gambar 3.2.
Sambungan momen untuk balok dan kolom dengan mengunakan
tipe sambungan flush
Gambar 3.3.
Sambungan momen untuk balok dan kolom dengan mengunakan
tipe sambungan extended
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1.
Material properties untuk struktur baja
Tabel 2.1.
Kelas mutu baja berdasarkan tegangan leleh dan putus
Tabel 2.2.
Panjang efektif ( Leff ) untuk persamaan garis lentur
Tabel 2.3.
Panjang efektif ( Leff ) untuk persamaan garis lentur
Tabel 2.4.
Panjang efektif ( Leff ) untuk persamaan garis lentur
Tabel 2.5.
Satuan yang digunakan dalam software ansys
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Ab
Luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir (cm2)
As
Daerah geser baut (dianjurkan daerah ulir, cm2)
Asg
Luas kotor stiffener (cm2)
Asn
Luas bersih stiffener yang berhubungan dengan sayap kolom (cm2)
Aw
Luas badan kolom yang diperkenankan untuk tekuk (cm2)
Aw
Luas geser efektif las (cm2)
B
Lebar sayap kolom (cm)
Bb
Lebar sayap balok (cm)
bp
Lebar end plate (cm)
bsg
Lebar stiffener (cm)
b1
Panjang penahan kekakuan berdasarkan 45o penyebaran melalui end
plate dari tepi las (cm)
c
Jarak dari pusat berat ke serat terluar (cm)
d
Tinggi badan antara las (cm)
db
Diameter baut pada daerah tak berulir (cm)
Dc
Tinggi penampang kolom (cm)
ex
Jarak tepi (cm)
Fri
Kekuatan akhir pada barisan baut i (kg)
Fu
Kuat tarik pelat (kg/cm2)
fu
Kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat (kg/cm2)
f
Kuat tarik baut (kg/cm2)
fuw
Kuat tarik putus logam las (kg/cm2)
x
Universitas Sumatera Utara
g
Jarak horizontal antar pusat baut (cm)
hi
Jarak dari pusat tekanan ke baris i (cm)
I
Momen inersia (cm4)
L
Panjang stiffener (cm)
Leff
Panjang efektif garis lentur (cm)
Lt
Panjang regangan efektif pada badan dengan asumsi pelebarannya 60o
dari baut ke pusat badan (cm)
M
Momen (kg.cm)
m
Jumlah bidang geser
m
Jarak dari pusat baut ke 20% dari jarak ke tepi kolom atau las end
plate (cm)
Mn
Momen nominal (kg.cm)
Mp
Kapasitas momen plastis (kg.cm)
My
Momen elastis/leleh (kg.cm)
N
Gaya aksial pada balok (kg)
n
Jumlah baut
n
Jarak ujung efektif (cm)
ns
Jumlah baut yang tidak berada pada daerah tegangan
nt
Jumlah baut pada daerah tegangan
n1
Perolehan panjang dari 45o penyebaran melalui setengah dari tinggi
penampang kolom (cm)
n2
Perolehan panjang dari perbandingan 1 : 2,5 penyebaran melalui sayap
kolom dan radius kaki (cm)
P
Beban terfaktor yang bekerja pada satu baut (kg)
xi
Universitas Sumatera Utara
pb
Nilai minimum dari kuat tekan baut atau bagian sambungan
pc
Kuat tekan rencana badan kolom
pc
Kuat tekan stiffener
Pr
Kemampuan perlawanan dari barisan baut, atau kelompok baut (kg)
Pri
Kekuatan pada barisan baut i (kg)
ps
Kuat geser baut (kg)
Pss
Kapasitas geser dari baut tunggal hanya pada daerah geser (kg)
Pts
Kapasitas geser dari baut tunggal pada daerah tegangan yang paling
kecil (kg)
Pt’
Kapasitas tegangan baut (kg)
Py
Kekuatan geser rencana kolom/end plate (kg)
pyb
Kekuatan rencana balok (kg/cm2)
pyc
Kekuatan rencana kolom (kg/cm2)
pys
Kuat rencana stiffener (kg/cm2)
ΣPt’
Jumlah kapasitas tegangan untuk semua baut dalam kelompok (kg)
r
Radius kaki kolom (cm)
Rn
Tahanan nominal baut (kg)
Rnw
Tahanan nominal per satuan panjang las (kg)
Ru
Gaya terfaktor (kg)
ry
Radius girasi dari daerah efektif (cm)
S
Jarak antar baut (cm)
S
Modulus penampang (cm3)
swf
Panjang kaki las sudut pada sayap balok (cm)
sww
Panjang kaki las sudut pada badan balok (cm)
xii
Universitas Sumatera Utara
Tb
Tebal sayap balok (cm)
tb
Tebal badan balok (cm)
Tc
Tebal sayap kolom (cm)
tc
Tebal badan kolom (cm)
tp
Tebal pelat (cm)
ts
Tebal stiffener (cm)
Tu
Beban tarik terfaktor (kg)
tw
Tebal badan kolom atau balok (cm)
V
Beban geser (kg)
Vu
Gaya geser terfaktor (kg)
Z
Modulus plastik (cm3)
μ
Koefisien gesek
φ
Faktor reduksi tahanan
ε
Regangan
xiii
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
ANALISIS SAMBUNGAN PEMIKUL MOMEN PADA
STRUKTUR PORTAL BAJA MENGGUNAKAN SAMBUNGAN
TIPE END PLATE
(Study Literatur)
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Tugas-tugas dan Memenuhi Syarat untuk
Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
Dikerjakan Oleh:
IRBAR DARMANSYAH
12 0424 022
Pembimbing:
Ir. Torang Sitorus, MT
NIP. 19571002 198601 1 001
Penguji I
Penguji II
Prof. Dr-Ing. Johannes Tarigan
M. Agung Putra H, S. T., M. T.
NIP. 19561224 198103 1 002
NIP. 19821206 201012 1 005
Mengesahkan:
Koordinator, PPSE
Ketua
Departemen T. Sipil FT. USU
Departemen T. Sipil FT. USU
Ir. Zulkarnain A. Muiz, M. Eng.Sc.
Prof. Dr-Ing. Johannes Tarigan
NIP. 19560326 198103 1 003
NIP. 19561224 198103 1 002
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2016
Universitas Sumatera Utara
SURAT PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Irbar Darmansyah
NIM
: 12 0424 022
Dengan ini menyatakan bahwa Tugas Akhir saya ini dengan judul “analisis
sambungan pemikul momen pada struktur portal baja menggunakan
sambungan tipe end plate (study literatur)” bebas plagiat.
Apabila dikemudian hari terbukti terhadap plagiat dalam Tugas Akhir saya
tersebut, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan
perundang-undangan.
Demikian pernyataan ini saya perbuat untuk dipergunakan sebagaimana mestinya.
Medan,
Maret 2016
Penyusun,
Irbar Darmansyah
NIM : 12 0424 022
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat
dan karunia-Nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang
struktur Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan
judul
“ANALISIS SAMBUNGAN PEMIKUL MOMEN PADA STRUKTUR
PORTAL BAJA MENGGUNAKAN SAMBUNGAN TIPE END PLATE”.
Saya menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari
dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin
menyampaikan ucapan terima kasih kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu :
1.
Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2.
Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
3.
Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng.Sc selaku Koordinator Koordinator PPSE,
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak Ir. Torang Sitorus, MT selaku pembimbing yang telah banyak memberikan
arahan, dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran
dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.
5.
Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
6.
Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas teknik Universitas
Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada saya.
i
Universitas Sumatera Utara
7.
Teristimewa dihati buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya,
Ayahanda Djasri Alwi dan Ibunda Lamtiur Sitorus, kakak saya Narulita Altari dan
adik saya Aldiantoni Alwi yang telah memberikan doa, motivasi, semangat dan
nasehat kepada saya. Terima kasih atas segala pengorbanan, cinta, kasih sayang dan
do’a yang tiada batas untuk saya.
8.
Terkhusus buat keluarga kecilku tersayang bunda Soffi Rambe, ST dan juga buat
kedua jagoanku abang Shiraz Alwi dan adek Shaka Alwi yang telah memberikan
nasehat, semangat, dan membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini, terima
kasih atas doa dan semangatnya
9.
Buat teman-teman Teknik Sipil Ekstensi Philip, Otniel, Eva, Richard serta temanteman mahasiswa/i angkatan 2012 dan mahasiswa sipil lainnya yang tidak dapat
disebutkan seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kata
sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman saya dalam hal ini.
Oleh karena itu, saya mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca
demi perbaikan menjadi lebih baik.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat
bermanfaat bagi para pembaca.
Medan,
Maret 2016
Penulis
(Irbar Darmansyah)
ii
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Perencanaan struktur konstruksi baja sangat bergantung pada alat
penyambung yang digunakan, karena sifat konstruksi baja yang relatif sama dan
tipikal perencanaan yang matang pada sisi sambungan portal baja dapat
meminalisir ataupun menghemat biaya pelaksanaan konstruksi tersebut.
penyambungan terjadi karena profil yang digunakan memiliki panjang batang
yang kurang dari perencanaan, ataupun dikarenakan pertemuan antara suatu
batang dengan batang yang lain pada satu titik buhul, yang kemudian
penyambungannya dibantu dengan menggunakan pelat buhul. Dalam perencanaan
sambungan, pemilihan alat sambung yang akan digunakan mempengaruhi
kekuatan sambungan dan kondisi kekakuan yang berbeda-beda sesuai jenis dan
fungsinya. Pada analisa mengenai sambungan antara balok dan kolom ini,
bertujuan untuk membandingkan dua jenis tipe sambungan end-plate yang sering
digunakan, adapun tipe endplate yang coba kita bandinkan disini yaitu tipe flush
dan tipe extended5. Peraturan yang digunakan sebagai pedoman adalah peraturan
SNI 03-1729-2002 untuk Struktur Baja dengan metode LRFD (Load and
Resistance Factor Design), serta panduan dari American Institute of Steel
Construction (AISC). Dari hasil analisa dan perhitungan dari kedua jenis tipe
sambungan ini, diperoleh bahwa dengan mengunakan sambungan tipe flush yang
mana diameter bautnya sama dengan tipe extended, disimpulkan bahwa tipe flush
lebih ekonomis dikarena mengukanan tebal pelat penyambung yang lebih tipis
dibandingkan tipe extended, akan tetapi jika kita mengunakan tebal pelat yang
sama tebal antara kedua jenis sambungan ini dapat disimpulkan tipe extended
lebih ekonomis dibandingkan dengan tipe flush karena mengunakan baut yang
lebih kecil
Kata kunci : Sambungan Momen tipe plat ujung, Tipe Flush, Tipe Extended
iii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ........................................................................................
i
ABSTRAK .......................................................................................................... iii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... vii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. ix
DAFTAR NOTASI ............................................................................................
x
BAB I
PENDAHULUAN ..............................................................................
1
1.1 LatarBelakang..............................................................................
1
1.2 PerumusanMasalah......................................................................
6
1.3 Tujuan..........................................................................................
6
1.4 Manfaat Penelitian.......................................................................
6
1.5 Pembatasan Masalah ...................................................................
7
1.6 Metodelogi Penelitian..................................................................
7
1.7 Sistematika Penulisan.................................................................. 10
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 12
2.1 Material Baja Sebagai Bahan Konstruksi.................................... 12
2.1.1 Klasifikasi Baja Konstruksi ............................................. 13
2.1.2 Sifat – sifat Mekanik Baja Konstruksi............................. 16
2.2 Sambungan Pada Konstruksi Baja............................................... 19
2.2.1 Sambungan Momen ......................................................... 22
2.2.2 Sambungan Momen Untuk Balok dan Kolom................. 28
iv
Universitas Sumatera Utara
2.3 Kegagalan yang terjadi pada Sambungan Baja ........................... 31
2.3.1 Kegagalan akibat tegangan yang terjadi .......................... 33
2.3.2 Kegagalan akibat gaya tekan ........................................... 41
2.3.3 Kegagalan akibat geser horizontal................................... 44
2.3.2 Kegagalan akibat geser vertikal....................................... 45
2.4 Software Fine Elemen Analysis (FEA) ....................................... 47
2.4.1 Pengertian dan sejarah pengunaan ANSYS..................... 47
2.4.2 Sistem kerja analisa program........................................... 47
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 51
3.1 Umum .......................................................................................... 51
3.2 Flowchart .................................................................................... 51
3.3 Studi Literatur ............................................................................. 52
3.4 Pemodelan Struktur .................................................................... 52
3.5 Perencanaan Struktur .................................................................. 54
3.5.1 Data Perencanaan............................................................. 54
3.6 Perbandingan .............................................................................. 55
3.7 Kesimpulan ................................................................................. 56
BAB IV ANALISA DATA .............................................................................. 57
4.1 Data Perencanaan ........................................................................ 57
4.2 Perencanaan Sambungan Endplate tipe Flush (dia. baut sama).. 60
4.2.1 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk baut............. 60
4.2.2 Menghitung Nilai tahanan Moment untuk baut............... 62
4.2.3 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk pelat............ 65
v
Universitas Sumatera Utara
4.3 Perencanaan Sambungan Endplate tipe Extended(dia. baut sama)69
4.3.1 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk baut............. 69
4.3.2 Menghitung Nilai tahanan Moment untuk baut............... 71
4.3.3 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk pelat............ 73
4.4 Perencanaan Sambungan Endplate tipe Flush (tebal plat sama). 77
4.4.1 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk baut............. 77
4.4.2 Menghitung Nilai tahanan Moment untuk baut............... 79
4.4.3 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk pelat............ 82
4.5 Perencanaan Sambungan Endplate tipe Extended(tebal plat sama)86
4.5.1 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk baut............. 86
4.5.2 Menghitung Nilai tahanan Moment untuk baut............... 88
4.5.3 Menghitung Nilai kapasitas Moment untuk pelat............ 90
4.6 Analisa Sambungan dengan mengunakan software FEA............ 94
4.6.1 Konfigurasi sambungan ................................................... 94
4.6.2 Konfigurasi elemen struktur penyambung....................... 95
4.6.3 Material properties........................................................... 95
4.6.4 Pemodelan dalam fine elemen ......................................... 96
4.6.5 Meshing dalam fine elemen ............................................. 97
4.6.6 Boundary Condition dalam pemodelan ........................... 98
4.6.7 Hasil Analisa sambungan ................................................ 98
4.7 Analisa defleksi dan tegangan dengan metode analisa teoritis..... 101
BAB V
PENUTUP ......................................................................................... 111
5.1 Kesimpulan.................................................................................. 111
5.2 Saran ............................................................................................ 112
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ xiv
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1.
Contoh Tipe Sambungan Flush End Plate (FEP)
Gambar 1.2.
Contoh Tipe Sambungan Extended End Plate ( EEP )
Gambar 1.3.
Gaya dalam yang bekerja pada Sambungan End plate
Gambar 1.4.
Tegangan dan Regangan yang terjadi pada sambungan end plat
Gambar 2.1.
Proses pembuatan material baja karbon sebagai bahan konstruksi
Gambar 2.2.
Hubungan tegangan – regangan tipikal
Gambar 2.3.
Hasil uji tarik benda uji sampai mengalami keruntuhan
Gambar 2.4.
Perilaku benda uji hingga mencapai regangan sebesar + 2 %
Gambar 2.5.
Sambungan momen dengan metode las
Gambar 2.6.
Sambungan momen dengan metode baut
Gambar 2.7.a. Sambungan Balok dan Kolom
Gambar 2.7.b
Sambungan Balok dan Balok
Gambar 2.7.c
Sambungan kolom dan Kolom
Gambar 2.7.d
Sambungan Kolom dan pondasi
Gambar 2.8.a
Klasifikasi sambungan berdasarkan kekuatan ( strength )
Gambar 2.8.b
Klasifikasi sambungan berdasarkan kekakuan ( rigidity )
Gambar 2.8.c
Klasifikasi sambungan berdasarkan daktailitas ( ductile )
Gambar 2.9.
Tegangan dan Regangan yang terjadi pada sambungan end plat
Gambar 2.10.
Distribusi tahanan baut dari tegangan yang terjadi
Gambar 2.11.
Tegangan pada badan kolom dan juga pada badan balok
Gambar 2.12.
Distribusi penyebaran gaya akibat tekan pada bagian kolom
Gambar 2.13.
Distribusi penyebaran tekuk yang terjadi pada badan kolom
vii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.14.
Distribusi penyebaran tekuk yang terjadi pada badan kolom
Gambar 2.15
Distribusi penyebaran geser horizontal pada badan kolom
Gambar 2.16
Distribusi penyebaran geser vertikal pada badan balok
Gambar 2.17
Pemodelan elemen dengan metode pengunaan node
Gambar 3.1.
Diagram Alir
Gambar 3.2.
Sambungan momen untuk balok dan kolom dengan mengunakan
tipe sambungan flush
Gambar 3.3.
Sambungan momen untuk balok dan kolom dengan mengunakan
tipe sambungan extended
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1.
Material properties untuk struktur baja
Tabel 2.1.
Kelas mutu baja berdasarkan tegangan leleh dan putus
Tabel 2.2.
Panjang efektif ( Leff ) untuk persamaan garis lentur
Tabel 2.3.
Panjang efektif ( Leff ) untuk persamaan garis lentur
Tabel 2.4.
Panjang efektif ( Leff ) untuk persamaan garis lentur
Tabel 2.5.
Satuan yang digunakan dalam software ansys
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Ab
Luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir (cm2)
As
Daerah geser baut (dianjurkan daerah ulir, cm2)
Asg
Luas kotor stiffener (cm2)
Asn
Luas bersih stiffener yang berhubungan dengan sayap kolom (cm2)
Aw
Luas badan kolom yang diperkenankan untuk tekuk (cm2)
Aw
Luas geser efektif las (cm2)
B
Lebar sayap kolom (cm)
Bb
Lebar sayap balok (cm)
bp
Lebar end plate (cm)
bsg
Lebar stiffener (cm)
b1
Panjang penahan kekakuan berdasarkan 45o penyebaran melalui end
plate dari tepi las (cm)
c
Jarak dari pusat berat ke serat terluar (cm)
d
Tinggi badan antara las (cm)
db
Diameter baut pada daerah tak berulir (cm)
Dc
Tinggi penampang kolom (cm)
ex
Jarak tepi (cm)
Fri
Kekuatan akhir pada barisan baut i (kg)
Fu
Kuat tarik pelat (kg/cm2)
fu
Kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat (kg/cm2)
f
Kuat tarik baut (kg/cm2)
fuw
Kuat tarik putus logam las (kg/cm2)
x
Universitas Sumatera Utara
g
Jarak horizontal antar pusat baut (cm)
hi
Jarak dari pusat tekanan ke baris i (cm)
I
Momen inersia (cm4)
L
Panjang stiffener (cm)
Leff
Panjang efektif garis lentur (cm)
Lt
Panjang regangan efektif pada badan dengan asumsi pelebarannya 60o
dari baut ke pusat badan (cm)
M
Momen (kg.cm)
m
Jumlah bidang geser
m
Jarak dari pusat baut ke 20% dari jarak ke tepi kolom atau las end
plate (cm)
Mn
Momen nominal (kg.cm)
Mp
Kapasitas momen plastis (kg.cm)
My
Momen elastis/leleh (kg.cm)
N
Gaya aksial pada balok (kg)
n
Jumlah baut
n
Jarak ujung efektif (cm)
ns
Jumlah baut yang tidak berada pada daerah tegangan
nt
Jumlah baut pada daerah tegangan
n1
Perolehan panjang dari 45o penyebaran melalui setengah dari tinggi
penampang kolom (cm)
n2
Perolehan panjang dari perbandingan 1 : 2,5 penyebaran melalui sayap
kolom dan radius kaki (cm)
P
Beban terfaktor yang bekerja pada satu baut (kg)
xi
Universitas Sumatera Utara
pb
Nilai minimum dari kuat tekan baut atau bagian sambungan
pc
Kuat tekan rencana badan kolom
pc
Kuat tekan stiffener
Pr
Kemampuan perlawanan dari barisan baut, atau kelompok baut (kg)
Pri
Kekuatan pada barisan baut i (kg)
ps
Kuat geser baut (kg)
Pss
Kapasitas geser dari baut tunggal hanya pada daerah geser (kg)
Pts
Kapasitas geser dari baut tunggal pada daerah tegangan yang paling
kecil (kg)
Pt’
Kapasitas tegangan baut (kg)
Py
Kekuatan geser rencana kolom/end plate (kg)
pyb
Kekuatan rencana balok (kg/cm2)
pyc
Kekuatan rencana kolom (kg/cm2)
pys
Kuat rencana stiffener (kg/cm2)
ΣPt’
Jumlah kapasitas tegangan untuk semua baut dalam kelompok (kg)
r
Radius kaki kolom (cm)
Rn
Tahanan nominal baut (kg)
Rnw
Tahanan nominal per satuan panjang las (kg)
Ru
Gaya terfaktor (kg)
ry
Radius girasi dari daerah efektif (cm)
S
Jarak antar baut (cm)
S
Modulus penampang (cm3)
swf
Panjang kaki las sudut pada sayap balok (cm)
sww
Panjang kaki las sudut pada badan balok (cm)
xii
Universitas Sumatera Utara
Tb
Tebal sayap balok (cm)
tb
Tebal badan balok (cm)
Tc
Tebal sayap kolom (cm)
tc
Tebal badan kolom (cm)
tp
Tebal pelat (cm)
ts
Tebal stiffener (cm)
Tu
Beban tarik terfaktor (kg)
tw
Tebal badan kolom atau balok (cm)
V
Beban geser (kg)
Vu
Gaya geser terfaktor (kg)
Z
Modulus plastik (cm3)
μ
Koefisien gesek
φ
Faktor reduksi tahanan
ε
Regangan
xiii
Universitas Sumatera Utara