Analisis Perbandingan Efisiensi Penggunaan Baja Ringan Pada Tiga Jenis Tipe Rangka Atap
ANALISIS PERBANDINGAN VOLUME BAJA RINGAN PADA 3 TIPE
RANGKA ATAP
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
Pendidikan sarjana teknik sipil
Oleh :
DICE J L DAKHI
10 0404 1097
Dosen pembimbing
Ir. Sanci Barus , MT
NIP: 195209011981121001
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatra Utara
ABSTRAK
Seiring dengan perkembangan zaman, baja ringan semakin populer
digunakan pada konstruksi rangka atap. Hal ini dikarenakan baja ringan jauh lebih
ekonomis dibandingkan dengan baja konvensional maupun kayu. Baja ringan juga
memiliki segudang kelebihan yang sangat menguntungkan sebuah konstruksi.
Tahun 2013, Badan Standar Nasional mengeluarkan SNI 7971 yaitu standar untuk
perencanaan struktur baja ringan (canai dingin). Dengan adanya SNI ini,
diharapkan suatu struktur baja ringan yang kuat dan berumur panjang.
Tugas Akhir ini akan membahas tentang perencanaan rangka atap baja
ringan . Rangka atap didesain menggunakan tiga rangka atap dengan
menggunakan baja, dengan yang sama. Berpedoman pada standar dan referensi
yang ada, direncanakanlah masing-masing rangka atap dan dihitung volumenya.
Kemudian hasil dari ketiga jenis rangka atap akan dibandingkan.
Berdasarkan perencanaan yang dilakukan, akan ditarik kesimpulan yang
menyajikan perbandingan berat ketiga jenis atap.Efisiensi paling tinggi yang
didapat dari perbandingan berat tersebut.
Kata kunci : Rangka Atap , Baja ringan
i
Universitas Sumatra Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas
berkat dan rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan
judul “ Analisis Perbandingan Efisiensi Penggunaan Baja Ringan Pada Tiga
Jenis Tipe Rangka Atap ”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu
syarat untuk meyelesaikan studi pada Program Studi Strata Satu (S1) Jurusan
Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam proses penulisan Tugas Akhir ini banyak pihak yang telah turut
menyumbangkan pikiran, saran, motivasi, material dan spiritual, untuk itu penulis
tidak lupa untuk menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Sanci Barus, M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah
menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam
penulisan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Besman Surbakti, M.T., dan Bapak Ir. Robert Panjaitan , selaku
dosen penguji yang memberikan saran dan masukan yang diberikan
kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.
3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, M.Sc., selaku Ketua Departemen
Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
5. Teristimewa kepada Bapak Effendi Dakhi dan Ibu Adifiat Sarumaha
sebagai orang tua saya tercinta yang senantiasa mendoakan saya, memberi
kasih sayang, perhatian, motivasi dan dukungan material kepada saya.
6. Kepada bang Albert, Kak Minar, Bang Brucelee, Kak caroline yang selalu
menanyakan kapan tamat, dan sekaligus mendukung dan memberi nasihat
.Memberi motivasi yang membuat saya bertahan selama penulisan tugas
akhir ini .
7. Sahabat-sahabatku Acong, Arby, Agave, Cilla, Cika, Steven, Michael,
Lamhot, Andrico, Afiz beserta semua kawan – kawan warkop Boy
Cantino yang selalu mendukung saya dan memberi semangat serta
membantu dalam penulisan tugas akhir ini .
ii
Universitas Sumatra Utara
8. Kepada Adik–Adikku Ivan, Roni, Andrew, Rio, Akmal beserta semua
angkatan 2013 yang telah turut membantu dalam penulisan tugas akhir ini.
9. Seluruh dosen yang telah memberikan pengajaran akademik dan moral
pada saya.Serta seluruh pegawai jurusan yang turut membantu dalam
mengurus surat-surat penting.
10. Segenap pihak yang telah mendukung dan membantu penulis dari segi
apapun yang belum penulis sebutkan, sehingga Tugas akhir ini dapat
diselesaikan dengan baik.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh
karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari
Bapak/Ibu dosen serta rekan-rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir
ini.
Akhir kata, penulis berharap TuhanYang Maha Esa berkenan membalas
segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga Tugas Akhir ini
membawa manfaat bagi pengembangan ilmu.
Medan,
September 2015
Penulis,
Dice J L Dakhi
10 0404 097
iii
Universitas Sumatra Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ....................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii
DAFTAR ISI.................................................................................................... iv
DAFTAR TABEL............................................................................................ viii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ix
DAFTAR NOTASI .......................................................................................... xi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ..................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah.............................................................................. 3
1.3 Tujuan .................................................................................................. 3
1.4 Pembatasan Masalah ............................................................................ 3
1.5 Sistematika Penulisan........................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Umum................................................................................................... 5
2.2.Baja Ringan (Cold-formed Steel) ......................................................... 7
2.3.Sejarah Baja Ringan (Cold-formed Steel) ............................................ 7
2.4.Kelebihan dan Kekurangan Rangka Atap Baja Ringan ....................... 9
2.5.Detail Rangka Atap Baja Ringan ......................................................... 10
2.6.Spesifikasi Rangka Atap Baja Ringan ................................................. 14
2.7.Lapisan Antikarat Baja Ringan (Coating)............................................ 15
2.8.Perencanaan Struktur Rangka Atap Baja Ringan................................. 16
2.8.1. Pembebanan ............................................................................. 16
2.8.2. Lebar Efektif Penampang......................................................... 18
2.8.2.1.Lebar Efektif untuk Elemen Dengan Pengaku
a. Lebar efektif untuk pengaku yang mengalami tegangan
iv
Universitas Sumatra Utara
tekan merata ...................................................................... 18
b. Elemen dengan pengaku yang mengalami tekan merata
dengan lubang lingkaran ................................................... 20
c. Elemen dengan pengaku dengan tegangan bergradien...... 20
d. Pelat badan penampang kanal berlubang dengan
tegangan bergradien ......................................................... 22
2.8.2.2.Lebar Efektif dari Elemen Tanpa Pengaku
a. Elemen dengan pengaku yang mengalami tegangan
tekan merata ................................................................. 23
b. Elemen tanpa pengaku dan pengaku tepi yang
mengalami tegangan bergradien................................... 24
2.8.2.3.Lebar efektif elemen yang mengalami tekan merata
dengan pengaku tepi ........................................................... 27
2.8.2.4.Lebar efektif elemen dengan pengaku yang mengalami
tekan merata dengan satu pengaku antara .......................... 29
2.8.2.5.Lebar efektif elemen dengan pengaku yang mengalami
tekan merata dengan pengaku antara majemuk.................. 32
2.8.2.6.Lebar efektif dengan pengaku tepi yang mengalami tekan
merata dengan pengaku antara ........................................... 36
2.8.2.7.Elemen busur tekan ............................................................ 37
2.8.3. Perencanaan Batang Tarik....................................................... 37
2.8.4. Perencanaan Batang Tekan ...................................................... 38
2.8.5. Perencanaan Sambungan.......................................................... 40
2.9.
Tipe kuda-kuda........................................................................................45
2.9.1. Tipe pratt......................................................................................45
2.9.2. Tipe howe.....................................................................................46
2.9.3. Tipe Fink......................................................................................47
BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Pengumpulan Data ............................................................................... 48
3.2. Metode Penelitian................................................................................. 49
3.3. Analisis Perhitungan ............................................................................ 51
v
Universitas Sumatra Utara
3.4. Konsep Perencanaan Struktur Rangka Atap ........................................ 51
BAB IV ANALISIS DESAIN STRUKTUR RANGKA ATAP
4.1. Perencanaan Rangka Atap Baja Ringan.............................................. 58
4.1.1. Model Struktur.......................................................................... 58
4.1.2. Rangka Atap tipe Pratt ............................................................. 59
4.1.3. Pembebanan Rangka Atap..........................................................59
a. Beban Mati .............................................................................. 60
b. Beban Hidup............................................................................. 64
c. Beban Angin............................................................................. 64
d. Beban Hujan ............................................................................. 65
4.1.4. Perencanaan Struktur Rangka Atap.......................................... 66
a. Batang Tarik Bawah (Bottom Chord)....................................... 66
b. Batang Tarik Web ..................................................................... 68
c. Batang Tekan Atas (Top Chord) .............................................. 70
d. Batang Tekan Web.................................................................... 76
4.1.5. Desain Rangka Atap ................................................................ 84
4.1.6. Rangka Atap tipe Howe.............................................................95
4.1.7. Pembebanan Rangka Atap..........................................................95
a.
Beban Mati .............................................................................. 95
b.
Beban Hidup............................................................................. 99
c.
Beban Angin............................................................................. 99
d.
Beban Hujan ............................................................................. 100
4.1.8. Perencanaan Struktur Rangka Atap.......................................... 101
a. Batang Tarik Bawah (Bottom Chord)....................................... 101
b.
Batang Tarik Web ..................................................................... 103
c.
Batang Tekan Atas (Top Chord) .............................................. 105
d.
Batang Tekan Web................................................................... 110
4.1.9. Desain Rangka Atap ................................................................ 119
4.1.10. Rangka Atap tipe fink...............................................................130
4.1.11. Pembebanan Rangka Atap.........................................................130
a.
Beban Mati.............................................................................. 130
vi
Universitas Sumatra Utara
b. Beban Hidup ............................................................................. 133
c.
Beban Angin............................................................................. 134
d.
Beban Hujan ............................................................................ 135
4.1.12. Perencanaan Struktur Rangka Atap.......................................... 136
a. Batang Tarik Bawah (Bottom Chord)....................................... 136
b.
Batang Tarik Web ..................................................................... 138
c.
Batang Tekan Atas (Top Chord) .............................................. 140
d.
Batang Tekan Web.....................................................................146
4.1.13. Desain Sambungan Rangka Atap...............................................153
4.2. Komparasi Desain Rangka Atap........................................................ 165
4.3.
Perbandingan Rasio Volume Rangka Atap..........................................172
4.4.
Grafik Perbandingan Volume Rangka Atap.........................................172
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan ........................................................................................ 176
5.2
Saran .................................................................................................. 176
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 177
vii
Universitas Sumatra Utara
DAFTAR TABEL
Hal.
Tabel 2.1. Nilai koefisien tekuk pelat .................................................................29
Tabel 2.2. Faktor koreksi (kt) untuk elemen yang diarsir ..................................38
Tabel 2.3. Faktor tumpu (C)................................................................................43
Tabel 4.1. Rekapitulasi perhitungan beban mati Pratt 12 m ...............................61
Tabel 4.2. Rekapitulasi perhitungan beban mati Pratt 16 m ...............................62
Tabel 4.3. Rekapitulasi perhitungan beban mati Pratt 20 m ...............................63
Tabel 4.4. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Pratt 12 m ...........................82
Tabel 4.5. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Pratt 16 m ...........................82
Tabel 4.6. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Pratt 20 m ...........................83
Tabel 4.7. Rekapitulasi sambungan pada rangka atap baja ringan Pratt.............94
Tabel 4.8. Rekapitulasi perhitungan beban mati Howe 12 m .............................97
Tabel 4.9. Rekapitulasi perhitungan beban mati Howe16 m ..............................97
Tabel 4.10. Rekapitulasi perhitungan beban mati Howe 20 m ...........................98
Tabel 4.11. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Howe 12 m .......................117
Tabel 4.12. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Howe16 m ........................117
Tabel 4.13. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Howe 20 m .......................118
Tabel 4.14. Rekapitulasi sambungan pada rangka atap baja ringan Howe.........129
Tabel 4.15. Rekapitulasi perhitungan beban mati Fink 12 m .............................132
Tabel 4.16. Rekapitulasi perhitungan beban mati Fink 16 m .............................132
Tabel 4.17. Rekapitulasi perhitungan beban mati Fink 20 m .............................133
viii
Universitas Sumatra Utara
Tabel 4.18. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Fink 12 m..........................152
Tabel 4.19. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Fink 16 m..........................152
Tabel 4.20. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Fink 20 m..........................153
Tabel 4.21. Rekapitulasi sambungan pada rangka atap baja ringan Fink ...........163
Tabel 4.22. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Pratt 12 m...........................165
Tabel 4.23. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Pratt 16 m...........................166
Tabel 4.24. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Pratt 20 m...........................166
Tabel 4.25. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Howe 12 m.........................167
Tabel 4.26. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Howe 16 m.........................168
Tabel 4.27. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Howe 20 m.........................169
Tabel 4.28. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Fink 12 m ...........................170
Tabel 4.29. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Fink 16 m ...........................170
Tabel 4.30. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Fink 20 m ...........................171
Tabel 4.31. Rasio perbandingan rangka atap ......................................................172
ix
Universitas Sumatra Utara
DAFTAR GAMBAR
Hal.
Gambar 2.1. Proses pembentukan profil baja ringan ..........................................8
Gambar 2.2. Struktur kuda-kuda baja ringan ......................................................11
Gambar 2.3. Tekuk lokal pada penampang langsing ..........................................12
Gambar 2.4. Konsep lebar efektif penampang cold-formed ...............................13
Gambar 2.5. Jenis profil baja ringan ...................................................................15
Gambar 2.6. Elemen dengan pengaku menerima tegangan tekan merata...........20
Gambar 2.7. Elemen dengan pengaku dan pelat badan dengan
tegangan bergradien.....................................................................22
Gambar 2.8. Elemen tanpa pengaku mengalami tegangan tekan merata...........24
Gambar 2.9(A). Elemen tanpa pengaku dengan tegangan bergradien-kedua
tepi dalam tekan ......................................................................27
Gambar 2.9(B). Elemen tanpa pengaku dengan tegangan bergradien-satu
tepi mengalami tekan dan satu tepi mengalami tarik..............27
Gambar 2.10. Elemen dengan pengaku tepi lip sederhana .................................29
Gambar 2.11. Elemen-elemen dengan satu pengaku antara ...............................32
Gambar 2.12(A). Lokasi lebar efektif .................................................................33
Gambar 2.12(B). Lebar pelat dan lokasi pengaku...............................................34
Gambar 3.1. Diagram alir (Flow Chart) .............................................................50
Gambar 4.1. Denah rangka atap baja ringan pratt...............................................58
Gambar 4.2. Model rangka atap baja ringan pratt...............................................59
Gambar 4.3 Distribusi beban mati pada rangka atap baja ringan pratt ...............60
Gambar 4.4. Distribusi beban hidup (qL) pratt ...................................................64
Gambar 4.5. Distribusi beban angin kanan(W kanan) rangka atap pratt ............65
Gambar 4.6. Distribusi beban angin kiri (W kiri) rangka atap pratt ...................65
i
Universitas Sumatra Utara
Gambar 4.7. Distribusi beban hujan (H) pada rangka atap pratt.........................66
Gambar 4.8. Sambungan buhul 1........................................................................84
Gambar 4.9. Sambungan buhul 14 .....................................................................87
Gambar 4.10. Sambungan buhul 3 .....................................................................91
Gambar 4.11 Distribusi beban mati pada rangka atap baja ringan howe............95
Gambar 4.12. Distribusi beban hidup (qL) howe................................................95
Gambar 4.13. Distribusi beban angin kanan(W kanan) rangka atap howe.........100
Gambar 4.14. Distribusi beban angin kiri (W kiri) rangka atap howe................100
Gambar 4.15. Distribusi beban hujan (H) pada rangka atap howe .....................107
Gambar 4.16. Sambungan buhul 1......................................................................119
Gambar 4.17. Sambungan buhul 14 ...................................................................122
Gambar 4.18. Sambungan buhul 3 .....................................................................126
Gambar 4.19 Distribusi beban mati pada rangka atap baja ringan fink ..............130
Gambar 4.20. Distribusi beban hidup (qL) fink..................................................134
Gambar 4.21. Distribusi beban angin kanan(W kanan) rangka atap fink ...........135
Gambar 4.22. Distribusi beban angin kiri (W kiri) rangka atap fink ..................135
Gambar 4.23. Distribusi beban hujan (H) pada rangka atap fink........................136
Gambar 4.24. Sambungan buhul 1......................................................................154
Gambar 4.25. Sambungan buhul 14 ...................................................................157
Gambar 4.26. Sambungan buhul 3 .....................................................................160
Universitas Sumatra Utara
DAFTAR NOTASI
Ae
Luas efektif
Ag
Luas bruto penampang
Alob
Luas lobang baut atau sekrup
An
Luas neto penampang
As
Luas bruto pengaku
b
Lebar elemen profil
be
Lebar efektif
bed
Lebar efektif untuk defleksi
bo
Lebar rata total dari elemen dengan pengaku
C
Faktor tumpu
df
Diameter nominal baut,sekrup, paku keling
dw
Diameter yang terlihat dari permukaan luar atau kepala sekrup
E
Modulus elastisitas Young
fcr
Tegangan tekuk pelat
fn
Tegangan desain
foc
Nilai terkecil dari tegangan tekuk lentur, torsi, dan lentur-torsi elastis
fu
Tegangan ultimit
fu1
Kekuatan tarik lembarn yang kontak dengan kepala sekrup
fu2
Kekuatan tarik lembaran yang tidak kontak dengan kepala sekrup
fy
Tegangan leleh
G
Modulus geser
h
Tinggi elemen profil
Ia
Momen inersia pengaku cukup
Is
Momen inersia dari pengaku utuh terhadap sumbu titik beratnya yang
sejajar dengan elemen yang akan diperkaku
Ix, Iy
Momen inersia penampang terhadap sumbu utama x dan y
k
Koefisien tekuk pelat
kt
Faktor koreksi
k1oc
Koefisien tekuk pelat untuk tekuk subelemen lokal
i
Universitas Sumatra Utara
L
Panjang batang
le
Panjang efektif penampang
Nc
Kapasitas komponen struktur nominal dari komponen struktur dalam
tekan
Nou
Kapasitas cabut nominal
n
Eksponen
Nov
Kapasitas sobek nominal
Nt
Kapasitas penampang nominal dari komponen struktur dalam tarik
Nn
Kapasitas penampang nominal dari komponen struktur dalam tekan
N*
Gaya aksial desain
R
Radius luar permukaan lengkung
r
Radius girasi dari penampang utuh, tidak tereduksi
S
Faktor kelangsingan
Sf
Jarak antar baut atau sekrup
S1
Jarak baut ke tepi
t
Tebal elemen profil
t1
Tebal lembaran yang kontak dengan kepala sekrup
t2
Tebal lembaran yang tidak kontak dengan kepala sekrup
Vb
Kapasitas tumpu nominal bagian tersambung
x, y
Sumbu utama penampang
α, θ
Sudut kemiringan
β
Koefisien
γ
Faktor kepentingan
Rasio kelangsingan
c
Kelangsingan nondimensi yang digunakan untuk menentukan fn
ν
Angka Poisson
Faktor reduksi kapasitas sekrup yang menerima miring dan tumpu
c
Faktor reduksi pada elemen tekan
t
Faktor reduksi pada elemen tarik
ρ
Faktor lebar efektif
ii
Universitas Sumatra Utara
RANGKA ATAP
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
Pendidikan sarjana teknik sipil
Oleh :
DICE J L DAKHI
10 0404 1097
Dosen pembimbing
Ir. Sanci Barus , MT
NIP: 195209011981121001
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatra Utara
ABSTRAK
Seiring dengan perkembangan zaman, baja ringan semakin populer
digunakan pada konstruksi rangka atap. Hal ini dikarenakan baja ringan jauh lebih
ekonomis dibandingkan dengan baja konvensional maupun kayu. Baja ringan juga
memiliki segudang kelebihan yang sangat menguntungkan sebuah konstruksi.
Tahun 2013, Badan Standar Nasional mengeluarkan SNI 7971 yaitu standar untuk
perencanaan struktur baja ringan (canai dingin). Dengan adanya SNI ini,
diharapkan suatu struktur baja ringan yang kuat dan berumur panjang.
Tugas Akhir ini akan membahas tentang perencanaan rangka atap baja
ringan . Rangka atap didesain menggunakan tiga rangka atap dengan
menggunakan baja, dengan yang sama. Berpedoman pada standar dan referensi
yang ada, direncanakanlah masing-masing rangka atap dan dihitung volumenya.
Kemudian hasil dari ketiga jenis rangka atap akan dibandingkan.
Berdasarkan perencanaan yang dilakukan, akan ditarik kesimpulan yang
menyajikan perbandingan berat ketiga jenis atap.Efisiensi paling tinggi yang
didapat dari perbandingan berat tersebut.
Kata kunci : Rangka Atap , Baja ringan
i
Universitas Sumatra Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas
berkat dan rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan
judul “ Analisis Perbandingan Efisiensi Penggunaan Baja Ringan Pada Tiga
Jenis Tipe Rangka Atap ”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu
syarat untuk meyelesaikan studi pada Program Studi Strata Satu (S1) Jurusan
Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam proses penulisan Tugas Akhir ini banyak pihak yang telah turut
menyumbangkan pikiran, saran, motivasi, material dan spiritual, untuk itu penulis
tidak lupa untuk menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Sanci Barus, M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah
menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam
penulisan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Besman Surbakti, M.T., dan Bapak Ir. Robert Panjaitan , selaku
dosen penguji yang memberikan saran dan masukan yang diberikan
kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.
3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, M.Sc., selaku Ketua Departemen
Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., selaku sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
5. Teristimewa kepada Bapak Effendi Dakhi dan Ibu Adifiat Sarumaha
sebagai orang tua saya tercinta yang senantiasa mendoakan saya, memberi
kasih sayang, perhatian, motivasi dan dukungan material kepada saya.
6. Kepada bang Albert, Kak Minar, Bang Brucelee, Kak caroline yang selalu
menanyakan kapan tamat, dan sekaligus mendukung dan memberi nasihat
.Memberi motivasi yang membuat saya bertahan selama penulisan tugas
akhir ini .
7. Sahabat-sahabatku Acong, Arby, Agave, Cilla, Cika, Steven, Michael,
Lamhot, Andrico, Afiz beserta semua kawan – kawan warkop Boy
Cantino yang selalu mendukung saya dan memberi semangat serta
membantu dalam penulisan tugas akhir ini .
ii
Universitas Sumatra Utara
8. Kepada Adik–Adikku Ivan, Roni, Andrew, Rio, Akmal beserta semua
angkatan 2013 yang telah turut membantu dalam penulisan tugas akhir ini.
9. Seluruh dosen yang telah memberikan pengajaran akademik dan moral
pada saya.Serta seluruh pegawai jurusan yang turut membantu dalam
mengurus surat-surat penting.
10. Segenap pihak yang telah mendukung dan membantu penulis dari segi
apapun yang belum penulis sebutkan, sehingga Tugas akhir ini dapat
diselesaikan dengan baik.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh
karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari
Bapak/Ibu dosen serta rekan-rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir
ini.
Akhir kata, penulis berharap TuhanYang Maha Esa berkenan membalas
segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga Tugas Akhir ini
membawa manfaat bagi pengembangan ilmu.
Medan,
September 2015
Penulis,
Dice J L Dakhi
10 0404 097
iii
Universitas Sumatra Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ....................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii
DAFTAR ISI.................................................................................................... iv
DAFTAR TABEL............................................................................................ viii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ix
DAFTAR NOTASI .......................................................................................... xi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ..................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah.............................................................................. 3
1.3 Tujuan .................................................................................................. 3
1.4 Pembatasan Masalah ............................................................................ 3
1.5 Sistematika Penulisan........................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Umum................................................................................................... 5
2.2.Baja Ringan (Cold-formed Steel) ......................................................... 7
2.3.Sejarah Baja Ringan (Cold-formed Steel) ............................................ 7
2.4.Kelebihan dan Kekurangan Rangka Atap Baja Ringan ....................... 9
2.5.Detail Rangka Atap Baja Ringan ......................................................... 10
2.6.Spesifikasi Rangka Atap Baja Ringan ................................................. 14
2.7.Lapisan Antikarat Baja Ringan (Coating)............................................ 15
2.8.Perencanaan Struktur Rangka Atap Baja Ringan................................. 16
2.8.1. Pembebanan ............................................................................. 16
2.8.2. Lebar Efektif Penampang......................................................... 18
2.8.2.1.Lebar Efektif untuk Elemen Dengan Pengaku
a. Lebar efektif untuk pengaku yang mengalami tegangan
iv
Universitas Sumatra Utara
tekan merata ...................................................................... 18
b. Elemen dengan pengaku yang mengalami tekan merata
dengan lubang lingkaran ................................................... 20
c. Elemen dengan pengaku dengan tegangan bergradien...... 20
d. Pelat badan penampang kanal berlubang dengan
tegangan bergradien ......................................................... 22
2.8.2.2.Lebar Efektif dari Elemen Tanpa Pengaku
a. Elemen dengan pengaku yang mengalami tegangan
tekan merata ................................................................. 23
b. Elemen tanpa pengaku dan pengaku tepi yang
mengalami tegangan bergradien................................... 24
2.8.2.3.Lebar efektif elemen yang mengalami tekan merata
dengan pengaku tepi ........................................................... 27
2.8.2.4.Lebar efektif elemen dengan pengaku yang mengalami
tekan merata dengan satu pengaku antara .......................... 29
2.8.2.5.Lebar efektif elemen dengan pengaku yang mengalami
tekan merata dengan pengaku antara majemuk.................. 32
2.8.2.6.Lebar efektif dengan pengaku tepi yang mengalami tekan
merata dengan pengaku antara ........................................... 36
2.8.2.7.Elemen busur tekan ............................................................ 37
2.8.3. Perencanaan Batang Tarik....................................................... 37
2.8.4. Perencanaan Batang Tekan ...................................................... 38
2.8.5. Perencanaan Sambungan.......................................................... 40
2.9.
Tipe kuda-kuda........................................................................................45
2.9.1. Tipe pratt......................................................................................45
2.9.2. Tipe howe.....................................................................................46
2.9.3. Tipe Fink......................................................................................47
BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Pengumpulan Data ............................................................................... 48
3.2. Metode Penelitian................................................................................. 49
3.3. Analisis Perhitungan ............................................................................ 51
v
Universitas Sumatra Utara
3.4. Konsep Perencanaan Struktur Rangka Atap ........................................ 51
BAB IV ANALISIS DESAIN STRUKTUR RANGKA ATAP
4.1. Perencanaan Rangka Atap Baja Ringan.............................................. 58
4.1.1. Model Struktur.......................................................................... 58
4.1.2. Rangka Atap tipe Pratt ............................................................. 59
4.1.3. Pembebanan Rangka Atap..........................................................59
a. Beban Mati .............................................................................. 60
b. Beban Hidup............................................................................. 64
c. Beban Angin............................................................................. 64
d. Beban Hujan ............................................................................. 65
4.1.4. Perencanaan Struktur Rangka Atap.......................................... 66
a. Batang Tarik Bawah (Bottom Chord)....................................... 66
b. Batang Tarik Web ..................................................................... 68
c. Batang Tekan Atas (Top Chord) .............................................. 70
d. Batang Tekan Web.................................................................... 76
4.1.5. Desain Rangka Atap ................................................................ 84
4.1.6. Rangka Atap tipe Howe.............................................................95
4.1.7. Pembebanan Rangka Atap..........................................................95
a.
Beban Mati .............................................................................. 95
b.
Beban Hidup............................................................................. 99
c.
Beban Angin............................................................................. 99
d.
Beban Hujan ............................................................................. 100
4.1.8. Perencanaan Struktur Rangka Atap.......................................... 101
a. Batang Tarik Bawah (Bottom Chord)....................................... 101
b.
Batang Tarik Web ..................................................................... 103
c.
Batang Tekan Atas (Top Chord) .............................................. 105
d.
Batang Tekan Web................................................................... 110
4.1.9. Desain Rangka Atap ................................................................ 119
4.1.10. Rangka Atap tipe fink...............................................................130
4.1.11. Pembebanan Rangka Atap.........................................................130
a.
Beban Mati.............................................................................. 130
vi
Universitas Sumatra Utara
b. Beban Hidup ............................................................................. 133
c.
Beban Angin............................................................................. 134
d.
Beban Hujan ............................................................................ 135
4.1.12. Perencanaan Struktur Rangka Atap.......................................... 136
a. Batang Tarik Bawah (Bottom Chord)....................................... 136
b.
Batang Tarik Web ..................................................................... 138
c.
Batang Tekan Atas (Top Chord) .............................................. 140
d.
Batang Tekan Web.....................................................................146
4.1.13. Desain Sambungan Rangka Atap...............................................153
4.2. Komparasi Desain Rangka Atap........................................................ 165
4.3.
Perbandingan Rasio Volume Rangka Atap..........................................172
4.4.
Grafik Perbandingan Volume Rangka Atap.........................................172
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan ........................................................................................ 176
5.2
Saran .................................................................................................. 176
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 177
vii
Universitas Sumatra Utara
DAFTAR TABEL
Hal.
Tabel 2.1. Nilai koefisien tekuk pelat .................................................................29
Tabel 2.2. Faktor koreksi (kt) untuk elemen yang diarsir ..................................38
Tabel 2.3. Faktor tumpu (C)................................................................................43
Tabel 4.1. Rekapitulasi perhitungan beban mati Pratt 12 m ...............................61
Tabel 4.2. Rekapitulasi perhitungan beban mati Pratt 16 m ...............................62
Tabel 4.3. Rekapitulasi perhitungan beban mati Pratt 20 m ...............................63
Tabel 4.4. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Pratt 12 m ...........................82
Tabel 4.5. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Pratt 16 m ...........................82
Tabel 4.6. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Pratt 20 m ...........................83
Tabel 4.7. Rekapitulasi sambungan pada rangka atap baja ringan Pratt.............94
Tabel 4.8. Rekapitulasi perhitungan beban mati Howe 12 m .............................97
Tabel 4.9. Rekapitulasi perhitungan beban mati Howe16 m ..............................97
Tabel 4.10. Rekapitulasi perhitungan beban mati Howe 20 m ...........................98
Tabel 4.11. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Howe 12 m .......................117
Tabel 4.12. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Howe16 m ........................117
Tabel 4.13. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Howe 20 m .......................118
Tabel 4.14. Rekapitulasi sambungan pada rangka atap baja ringan Howe.........129
Tabel 4.15. Rekapitulasi perhitungan beban mati Fink 12 m .............................132
Tabel 4.16. Rekapitulasi perhitungan beban mati Fink 16 m .............................132
Tabel 4.17. Rekapitulasi perhitungan beban mati Fink 20 m .............................133
viii
Universitas Sumatra Utara
Tabel 4.18. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Fink 12 m..........................152
Tabel 4.19. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Fink 16 m..........................152
Tabel 4.20. Rekapitulasi dimensi profil baja ringan Fink 20 m..........................153
Tabel 4.21. Rekapitulasi sambungan pada rangka atap baja ringan Fink ...........163
Tabel 4.22. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Pratt 12 m...........................165
Tabel 4.23. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Pratt 16 m...........................166
Tabel 4.24. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Pratt 20 m...........................166
Tabel 4.25. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Howe 12 m.........................167
Tabel 4.26. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Howe 16 m.........................168
Tabel 4.27. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Howe 20 m.........................169
Tabel 4.28. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Fink 12 m ...........................170
Tabel 4.29. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Fink 16 m ...........................170
Tabel 4.30. Tabulasi berat rangka atap baja ringan Fink 20 m ...........................171
Tabel 4.31. Rasio perbandingan rangka atap ......................................................172
ix
Universitas Sumatra Utara
DAFTAR GAMBAR
Hal.
Gambar 2.1. Proses pembentukan profil baja ringan ..........................................8
Gambar 2.2. Struktur kuda-kuda baja ringan ......................................................11
Gambar 2.3. Tekuk lokal pada penampang langsing ..........................................12
Gambar 2.4. Konsep lebar efektif penampang cold-formed ...............................13
Gambar 2.5. Jenis profil baja ringan ...................................................................15
Gambar 2.6. Elemen dengan pengaku menerima tegangan tekan merata...........20
Gambar 2.7. Elemen dengan pengaku dan pelat badan dengan
tegangan bergradien.....................................................................22
Gambar 2.8. Elemen tanpa pengaku mengalami tegangan tekan merata...........24
Gambar 2.9(A). Elemen tanpa pengaku dengan tegangan bergradien-kedua
tepi dalam tekan ......................................................................27
Gambar 2.9(B). Elemen tanpa pengaku dengan tegangan bergradien-satu
tepi mengalami tekan dan satu tepi mengalami tarik..............27
Gambar 2.10. Elemen dengan pengaku tepi lip sederhana .................................29
Gambar 2.11. Elemen-elemen dengan satu pengaku antara ...............................32
Gambar 2.12(A). Lokasi lebar efektif .................................................................33
Gambar 2.12(B). Lebar pelat dan lokasi pengaku...............................................34
Gambar 3.1. Diagram alir (Flow Chart) .............................................................50
Gambar 4.1. Denah rangka atap baja ringan pratt...............................................58
Gambar 4.2. Model rangka atap baja ringan pratt...............................................59
Gambar 4.3 Distribusi beban mati pada rangka atap baja ringan pratt ...............60
Gambar 4.4. Distribusi beban hidup (qL) pratt ...................................................64
Gambar 4.5. Distribusi beban angin kanan(W kanan) rangka atap pratt ............65
Gambar 4.6. Distribusi beban angin kiri (W kiri) rangka atap pratt ...................65
i
Universitas Sumatra Utara
Gambar 4.7. Distribusi beban hujan (H) pada rangka atap pratt.........................66
Gambar 4.8. Sambungan buhul 1........................................................................84
Gambar 4.9. Sambungan buhul 14 .....................................................................87
Gambar 4.10. Sambungan buhul 3 .....................................................................91
Gambar 4.11 Distribusi beban mati pada rangka atap baja ringan howe............95
Gambar 4.12. Distribusi beban hidup (qL) howe................................................95
Gambar 4.13. Distribusi beban angin kanan(W kanan) rangka atap howe.........100
Gambar 4.14. Distribusi beban angin kiri (W kiri) rangka atap howe................100
Gambar 4.15. Distribusi beban hujan (H) pada rangka atap howe .....................107
Gambar 4.16. Sambungan buhul 1......................................................................119
Gambar 4.17. Sambungan buhul 14 ...................................................................122
Gambar 4.18. Sambungan buhul 3 .....................................................................126
Gambar 4.19 Distribusi beban mati pada rangka atap baja ringan fink ..............130
Gambar 4.20. Distribusi beban hidup (qL) fink..................................................134
Gambar 4.21. Distribusi beban angin kanan(W kanan) rangka atap fink ...........135
Gambar 4.22. Distribusi beban angin kiri (W kiri) rangka atap fink ..................135
Gambar 4.23. Distribusi beban hujan (H) pada rangka atap fink........................136
Gambar 4.24. Sambungan buhul 1......................................................................154
Gambar 4.25. Sambungan buhul 14 ...................................................................157
Gambar 4.26. Sambungan buhul 3 .....................................................................160
Universitas Sumatra Utara
DAFTAR NOTASI
Ae
Luas efektif
Ag
Luas bruto penampang
Alob
Luas lobang baut atau sekrup
An
Luas neto penampang
As
Luas bruto pengaku
b
Lebar elemen profil
be
Lebar efektif
bed
Lebar efektif untuk defleksi
bo
Lebar rata total dari elemen dengan pengaku
C
Faktor tumpu
df
Diameter nominal baut,sekrup, paku keling
dw
Diameter yang terlihat dari permukaan luar atau kepala sekrup
E
Modulus elastisitas Young
fcr
Tegangan tekuk pelat
fn
Tegangan desain
foc
Nilai terkecil dari tegangan tekuk lentur, torsi, dan lentur-torsi elastis
fu
Tegangan ultimit
fu1
Kekuatan tarik lembarn yang kontak dengan kepala sekrup
fu2
Kekuatan tarik lembaran yang tidak kontak dengan kepala sekrup
fy
Tegangan leleh
G
Modulus geser
h
Tinggi elemen profil
Ia
Momen inersia pengaku cukup
Is
Momen inersia dari pengaku utuh terhadap sumbu titik beratnya yang
sejajar dengan elemen yang akan diperkaku
Ix, Iy
Momen inersia penampang terhadap sumbu utama x dan y
k
Koefisien tekuk pelat
kt
Faktor koreksi
k1oc
Koefisien tekuk pelat untuk tekuk subelemen lokal
i
Universitas Sumatra Utara
L
Panjang batang
le
Panjang efektif penampang
Nc
Kapasitas komponen struktur nominal dari komponen struktur dalam
tekan
Nou
Kapasitas cabut nominal
n
Eksponen
Nov
Kapasitas sobek nominal
Nt
Kapasitas penampang nominal dari komponen struktur dalam tarik
Nn
Kapasitas penampang nominal dari komponen struktur dalam tekan
N*
Gaya aksial desain
R
Radius luar permukaan lengkung
r
Radius girasi dari penampang utuh, tidak tereduksi
S
Faktor kelangsingan
Sf
Jarak antar baut atau sekrup
S1
Jarak baut ke tepi
t
Tebal elemen profil
t1
Tebal lembaran yang kontak dengan kepala sekrup
t2
Tebal lembaran yang tidak kontak dengan kepala sekrup
Vb
Kapasitas tumpu nominal bagian tersambung
x, y
Sumbu utama penampang
α, θ
Sudut kemiringan
β
Koefisien
γ
Faktor kepentingan
Rasio kelangsingan
c
Kelangsingan nondimensi yang digunakan untuk menentukan fn
ν
Angka Poisson
Faktor reduksi kapasitas sekrup yang menerima miring dan tumpu
c
Faktor reduksi pada elemen tekan
t
Faktor reduksi pada elemen tarik
ρ
Faktor lebar efektif
ii
Universitas Sumatra Utara