Kajian Literatur Pengaruh Beban Eksentrisitas Terhadap Rancangan Dimensi Batang Struktur Rangka Bidang Baja Ringan
KAJIAN LITERATUR
PENGARUH BEBAN EKSENTRISITAS
TERHADAP RANCANGAN DIMENSI BATANG STRUKTUR
RANGKA BIDANG BAJA RINGAN
TESIS
Oleh
DAULAT PANGGABEAN
097016015/TS
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
Universitas Sumatera Utara
KAJIAN LITERATUR
PENGARUH BEBAN EKSENTRISITAS
TERHADAP RANCANGAN DIMENSI BATANG STRUKTUR
RANGKA BIDANG BAJA RINGAN
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Magister Teknik
dalam Program Studi Magister Teknik Sipil pada
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh
DAULAT PANGGABEAN
097016015/TS
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
Judul Tesis
: K A J I A N L I T E R AT U R P E N G A R U H B E B A N
EKSENTRISITAS TERHADAP RANCANGAN DIMENSI
BATANG STRUKTUR RANGKA BIDANG BAJA RINGAN
NamaMahasiswa : Daulat Panggabean
Nomor Pokok
: 097 016 015
Program Studi
: Teknik Sipil
Meyetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
Ketua
Ir. Sanci Barus, MT
Anggota
Ketua Program Studi
Dekan
(Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE.)
(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME.)
Tanggal Lulus: 22 Desember 2012
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada:
Tanggal 22 Desember 2012
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
: Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
Anggota: Ir. Sanci Barus, MT
Dr. Ing. Hotma Panggabean
Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, M. Sc
Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT
Ir. Rudi Iskandar, MT
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Baja ringan dalam bentuk profil dikategorikan sebagai bahan konstruksi yang banyak
digunakan sampai saat ini, baik untuk bahan bersifat struktur maupun non-struktur. Banyaknya
penggunaan baja ringan ini, sangat dipengaruhi oleh keunggulan yang dimilikinya dalam
berbagai hal seperti berat isi yang sangat ringan, kekuatan, efisiensi perawatan, keawetan yang
mampu bersaing dengan bahan kayu dan baja. Berdasarkan keunggulan yang dimiliki baja
ringan dimaksud, telah menumbuhkan minat untuk mengembangkan penggunaan bahan ini
dalam melengkapi kebutuhan struktur bangunan, terkhusus dalam perancangan struktur rangka
bidang.
Perancangan struktur rangka bidang baja ringan dengan alasan praktis sangat
dimungkinkan memberikan asumsi yang berlebihan, namun dalam penelitian ini dilakukan
pendekatan yang proporsional sebagaimana pokok masalah yang diangkat yaitu, bagaimana
menemukan besaran faktor yang mempengaruhi terjadinya konvergensi defleksi bersyarat
pada struktur rangka bidang baja ringan yang memikul gaya aksial sentris dan yang eksentris
untuk diaplikasikan dalam perancangan dimensi profil C.
Untuk pemecahan masalah ini dilakukan kajian literatur yang memberikan informasi
teoritis dan eksprimental. Informasi yang berbentuk data diolah melalui simulasi Komputer
Program Analisa Struktur, Matlab dan Microsoft Excel. Atas pemodelan yang dibuat,
dianalisis untuk memperoleh hasil dan dibahas untuk digeneralisasikan.
Hasil yang diperoleh pada rangka bidang baja ringan yang memiliki nodal tidak
bertumpu pada satu titik (utamanya ke luar bidang gambar), menimbulkan terjadinya beban
dan gaya aksial eksentris pada batang yang berpengaruh terhadap amplifikasi dimensi
perancangan.
Sehubungan dengan permasalahan di atas, berdasarkan analisis konvergensi variabel
bebas dengan variabel terikat telah ditemukan besaran faktor reduksi 0,06 terhadap defleksi
bersyarat 1/360 dari bentangan rangka bidang, untuk dimanfaatkan dalam mencapai
perancangan dimensi batang rangka bidang baja ringan yang efisien serta memenuhi syarat
kekuatan.
Kata kunci: Beban eksentris, struktur rangka bidang baja ringan, perancangan.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Mild steel in the form of profiles categorized as a construction material that is widely
used to date, both for the substance to be structure or non-structure. The higher incidence of
mild steel, heavily influenced by the advantages it has in many ways such as the contents of a
very light weight, strength, efficiency of care, durability that can compete with wood and steel.
Based on the advantages of mild steel in question, has been growing interest in developing the
use of these materials in completing the requirements of building structures, especially those
in the design of field framework structure.
The design of mild steel fields framework structure for practical reasons is possible that
the assumptions provide redundant, but in this study conducted a proportionate approach as
the principal issue raised is, how to find scale factors that influence the occurrence of
deflections conditional convergence in the fields framework structure of mild steel that bear
style axial centric and eccentric to be applied in the design of the profile C dimension.
For solving this problem was a literature that provides theoretical and exprimental
information. Information in the form data is processed through computer simulations
Structural Analysis Program, MATLAB and Microsoft Excel. On modeling is made, analyzed
and discussed to obtain results to be generalized.
The results obtained in the field frame work of mild steel that has reliant is not stand on
a single point (mainly outside image area), led to an eccentric load and axial force on the
shaft that affect the design dimension amplification.
In connection with the convergence analysis is based on the independent variables and
the dependent variable has been found the scale reduction factor of 0.06 for standard
deflection 1/360 of a stretch of field, to be used in order to achieve the design dimensions of
the field frame work of mild steel that is efficient and obtain the strenght requirements.
Key words: Eccentric load, fields framework of mild steel structure, design.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadapan Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah melimpahkan
berkat dan kasihNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini sebagai salah satu
persyaratan akademik yang harus dipenuhi untuk dapat menyelesaikan Program
Magister Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tesis ini dilaksanakan dengan studi literatur yang mengambil judul “Kajian
Literatur Pengaruh Beban Eksentrisitas Terhadap Rancangan Dimensi Batang
Struktur Rangka Bidang Baja Ringan”.
Peranan yang begitu besar dalam penyelesaian tesis ini telah banyak diterima,
maka selayaknyalah pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada:
Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE, selaku Ketua Program Studi Magister
Teknik
Sipil
pada
Fakultas
Teknik
Universitas
Sumatera
Utara,
Bapak
Ir. Rudi Iskandar, MT, sebagai Sekretaris Program Studi Magister Teknik Sipil pada
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang juga sebagai dosen Pembanding dan
Penguji.
Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Komisi Pembimbing,
Bapak Ir. Sanci Barus, MT, selaku anggota Komisi Pembimbing yang memberikan
arahan, masukan dan saran.
Bapak Dr. Ing. Hotma Panggabean, Bapak Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, M.Sc.,
Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT, sebagai dosen Pembanding dan Penguji, yang
memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian tesis ini.
Bapak-bapak dosen dan Bapak Yun sebagai pegawai administrasi pada Program
Studi Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Istri tercinta Rosdiana Sinaga, BA dan ketiga putra-putri tersayang Lila Iasha
Panggabean, SFarm, Winda Panggabean, SP, dan Handson Panggabean yang
memberikan dukungan moral dan semangat.
Rekan sejawat Djanifa, ST, MT, alumni Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik
USU, selaku praktisi yang memberikan hasil eksprimen laboratorium tesisnya
Universitas Sumatera Utara
sebagai referensi dalam penyelesaian tesis ini, rekan-rekan mahasiswa Program Studi
Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik USU, jajaran pimpinan hingga rekan-rekan
dosen Teknik Sipil Politeknik Negeri Medan (POLMED), juga kepada pihak lembaga
Departemen Pendidikan Tinggi Nasional atas Beasiswa Pendidikan Pasca Sarjana
(BPPS) yang diterima selama pendidikan Program Magister ini, dan lain-lain yang tak
dapat disebutkan namanya yang telah memberikan dukungan dan motivasi dalam
penyelesaian tesis ini.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang dari sempurna, maka oleh sebab
itu dengan rendah hati diharapkan saran dan kritik konstruktif dari pembaca. Akhirnya
disampaikan semoga tesis ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu, kelak di kemudian
hari.
Medan,
Desember 2012
Daulat Panggabean
097 016 015/TS
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis yang berjudul “Kajian
Literatur Pengaruh Beban Eksentrisitas Terhadap Rancangan Dimensi Batang
Struktur Rangka Bidang Baja Ringan” adalah karya saya sendiri dan belum pernah
diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi lain. Sumber informasi yang
berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis
lain telah disebutkan dalam tesis ini dan dicantumkan dalam daftar pustaka.
Medan,
Desember 2012
Daulat Panggabean
097 016 015/TS
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
A. Data Pribadi
Nama
: Daulat Panggabean
Tempat/Tanggal Lahir : Tarutungbolak, 3 September 1958
Alamat
: Jl. Tembakau 12 No. 4, Perumnas Simalingkar, Medan
Email
: daulatpanggabean@yahoo.com
Jenis Kelamin
: Laki-laki
Status
: Kawin
Agama
: Kristen Protestan
B. Riwayat Pendidikan
1966 - 1971
: SD Sw Advent
1971 - 1974
: SMP Sw Naipospos
1974 - 1977
: STM Negeri Sibolga
1978 - 1981
: IKIP Negeri Medan, Sarjana Muda
1982 - 1984
: IKIP Negeri Medan, Sarjana
1999 - 2002
: ITB Bandung, Sarjana
B. Riwayat Pekerjaan
1986 - sekarang
: Dosen pada Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri
Medan (POLMED)
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK .........................................................................................................
ABSTRACT ......................................................................................................
KATA PENGANTAR .......................................................................................
PERNYATAAN .................................................................................................
RIWAYAT HIDUP ............................................................................................
DAFTAR ISI .....................................................................................................
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................
DAFTAR TABEL ..............................................................................................
DAFTAR NOTASI ............................................................................................
DAFTAR LAMPIRAN .....................................................................................
i
ii
iii
v
vi
vii
xiii
xvi
xvii
xix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...........................................................................
1.2 Perumusan Masalah ...................................................................
1.2.1 Tinjauan Analisis Statik Linier ..........................................
1.2.2 Tinjauan Analisis Statik Non Linier ..................................
1.2.3 Tinjauan Analisis Allowable Stress Design ASD ..............
1.2.4 Tinjauan Esensial Permasalahan .......................................
1.3 Pembatasan Masalah ...................................................................
1.4 Tujuan Penulisan .........................................................................
1.5 Metodologi Pembahasan .............................................................
1.6 Kegiatan Penulisan ....................................................................
1.7 Sistematika Penulisan ...................................................................
1
2
2
2
3
3
8
9
10
10
11
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum ...........................................................................................
2.1.1 Penampang Struktur Individu (Tunggal) ............................
2.1.2 Penampang Panel dan Dek ..................................................
2.2 Sifat-sifat Baja Ringan ..................................................................
2.2.1 Konstanta Bahan ................................................................
2.2.2 Batas-batas Tegangan .........................................................
2.3 Batas-batas Lendutan ...................................................................
2.4 Pembebanan .................................................................................
2.4.1 Beban Mati ..........................................................................
12
12
13
15
15
17
19
19
20
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Beban Hidup .......................................................................
2.4.3 Beban Angin ......................................................................
2.5 Metode Elemen Hingga Rangka Bidang (Truss) .........................
2.5.1 Matrik Kekakuan Terhadap Sumbu Lokal ...........................
2.5.2 Matrik Kekakuan Terhadap Sumbu Global .........................
2.5.3 Tinjauan Matrik Kekakuan Geometri Non-linier Rangka
Batang Praktis ....................................................................
2.6 Interaksi Kombinasi Beban Aksial Tekan dan Lentur ..................
2.6.1 Daya Dukung Nominal Batang Struktur ............................
2.6.2 Lebar Efektip Elemen Terkekang yang Tertekan Merata ....
2.6.3 Lebar Efektip Elemen Bebas yang Tertekan Merata .............
2.6.4 Luas Efektip Profil yang Mengalami Tegangan Tekan ........
2.6.5 Tegangan Tekuk Nominal Berdasarkan Kelangsingan
Batang .................................................................................
2.6.6 Daftar dan Properties Profil C Produksi Fabrikan ................
2.6.7 Momen yang Terjadi Akibat Gaya Eksentrisitas pada Batang
2.6.8 Titik Pusat dan atau Titik Berat Profil C Batang Baja Ringan
2.6.9 Program Analisa Struktur ....................................................
2.6.9.1 Merancang dengan Cara Konvensional ..................
2.6.9.2 Merancang dengan Pemanfaatan Program Analisa
Struktur ..................................................................
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Studi Literatur ...............................................................................
3.2 Sumber dan Jenis Data ..................................................................
3.3 Teknik Pengumpulan Data ............................................................
3.4 Teknik Pengolahan Data ...............................................................
3.5 Bagan Alir ....................................................................................
BAB IV PEMODELAN DAN ANALISIS
4.1 Bentuk Struktur Rangka Bidang ...................................................
4.2 Validasi Penggunaan Analisis Metode Berdasarkan Defleksi
Akibat Beban pada Bentuk Varian Struktur Rangka Bidang ..........
4.2.1 Analisis Metode Elemen Hingga pada Struktur Rangka
Bidang (Varian a) ................................................................
4.2.2 Analisis Program Struktur Rangka Bidang (Varian a) .........
4.2.3 Konvergensi Metode Elemen Hingga dengan Program
Komputer dalam Analisis Defleksi Struktur Rangka Bidang
Baja Ringan ........................................................................
21
22
23
24
26
28
32
33
34
36
37
38
40
40
41
42
43
43
45
45
46
46
47
49
49
50
54
56
Universitas Sumatera Utara
4.3 Variabel Terikat Defleksi Hasil Eksprimen terhadap Tiga Varian
Struktur Rangka Bidang ................................................................
4.3.1 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian a ...................
4.3.2 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian b ...................
4.3.3 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian c ...................
4.4 Tinjauan Validasi Penggunaan Analisis Statik Linier dan
Non-linier Geometri .....................................................................
4.4.1 Analisis Statik Linier dan Non-linier Geometri Struktur
Rangka Bidang Persegi Kategori Rendah (Model a) ...........
4.4.2 Analisis Statik Linier dan Non-linier Geometri Struktur
Rangka Bidang Persegi Kategori Sedang (Model b) ............
4.4.3 Analisis Statik Linier dan Non-linier Struktur Rangka
Bidang Persegi Kategori Tinggi (Model c) ..........................
4.4.4 Analisis Statik Linier dan Non-linier Struktur Rangka
Bidang Tarapesium Kategori Rendah (Model d) .................
4.4.5 Analisis Statik Linier dan Non-linier Struktur Rangka
Bidang Segitiga Kategori Rendah (Model e) .......................
4.5 Variabel Bebas Defleksi Hasil Analisis Komputer terhadap Tiga
Varian Struktur Rangka Bidang dalam Batas Elastis ..................
4.5.1 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian a ...................
4.5.2 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian b ...................
4.5.3 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian c ...................
4.6 Rasio Defleksi Analisis Teori vs Eksprimen dari Ketiga Varian
Struktur .........................................................................................
4.7 Reduksi Profil untuk Mencapai Konvergensi Defleksi Analisis
Program Komputer vs Eksprimen dalam dalam Batas Statis Linier
4.8 Analisis Faktor Amplifikasi Profil Akibat Eksentrisitas Kerja Gaya
4.9 Validasi Faktor Amplifikasi Profil Akibat Eksentrisitas Kerja Gaya
4.9.1 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Persegi ...........
4.9.1.1 Konvergensi Pembebanan yang Menimbulkan
Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana
4.9.1.2 Propertis Batang Rangka Bidang yang ditentukan ..
4.9.1.3 Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana ...
4.9.1.4 Luas Efektip Profil .................................................
4.9.1.5 Kuat Batang Aksial Eksentris .................................
4.9.1.6 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ....................
4.9.2 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Trapesium .....
4.9.2.1 Defleksi dan Aksial Tekan Dipengaruhi oleh Model
Rangka Bidang .......................................................
56
56
58
58
59
60
61
62
63
64
65
65
66
67
68
69
70
71
71
72
73
74
74
76
76
76
77
Universitas Sumatera Utara
4.9.2.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ...................
4.9.3 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Segitiga .........
4.9.3.1 Defleksi dan Aksial Tekan Dipengaruhi oleh Model
Rangka Bidang ......................................................
4.9.3.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris .....................
4.9.4 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Trapesium ......
4.9.4.1 Varian Beban dan Modeling Rangka Bidang
Menimbulkan Konvergensi Defleksi Izin Terfaktor
4.9.4.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksntris ....................
4.9.5 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Segitiga .........
4.9.5.1 Varian Beban dan Modeling Rangka Bidang
Menimbulkan Konvergensi Defleksi Izin Terfaktor
4.9.5.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ....................
4.9.6 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Persegi ..........
4.9.6.1 Konvergensi Sebaran Beban yang Menimbulkan
Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana ..
4.9.6.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ...................
4.9.7 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Trapesim .......
4.9.7.1 Konvergensi Sebaran Beban yang Menimbulkan
Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana
4.9.7.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ..................
4.9.8 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Segitiga .........
4.9.8.1 Konvergensi Pembebanan yang Menimbulkan
Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana
4.9.8.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ..................
4.9.9 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Trapesium ..
4.9.9.1 Konvergensi Sebaran Beban yang Menimbulkan
Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana
4.9.9.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ..................
4.9.10 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Segitiga .......
4.9.10.1 Konvergensi Pembebanan yang Menimbulkan
Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana
4.9.10.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ..................
4.9.11 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Varian n ......
4.9.11.1 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model
Segitiga Tereduksi ...............................................
4.9.11.1.1 Entri Data Perancangan Dimensi
Berdasarkan Defleksi Izin Terfaktor .....
78
78
78
79
80
80
81
81
82
83
83
83
84
85
85
86
86
87
88
88
88
89
90
90
91
91
92
93
Universitas Sumatera Utara
4.9.11.1.2 Run Anal i si s Kom puter unt uk
Konvergensi Defleksi Bersyarat dan
Gaya Aksial Ekstrim
.....................
4.9.11.1.3 Titik Pusat Sebagai Eksentrisitas
Sambungan Nodal ...............................
4.9.11.1.4 Luas Efektip Profil ..............................
4.9.11.1.5 Kuat Batang Aksial Eksentris ............
4.9.11.1.6 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris
4.9.11.2 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Portal
Segitiga ................................................................
4.9.11.2.1 Entri Data Perancangan Dimensi
Berdasarkan Defleksi Izin Terfaktor ....
4.9.11.2.2 R un Anal is i s Kom puter unt uk
Konvergensi Defleksi Bersyarat dan
Gaya Aksial Ekstrim
.....................
4.9.11.2.3 Titik Pusat Sebagai Eksentrisitas
Sambungan Nodal ...............................
4.9.11.2.4 Luas Efektip Profil ..............................
4.9.11.2.5 Kuat Batang Aksial Eksentris ............
4.9.11.2.6 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1 Validasi Penggunaan Program Komputer terhadap Analisis
Defleksi Struktur Rangka Bidang Varian a ...................................
5.1.1 Konvergensi Analisis Manual MEH dan Program Komputer
5.1.2 Konvergensi Analisis Komputer Statik Linier vs Non-linier
Geometri .............................................................................
5.2 Rasio Defleksi Ketiga Varian Struktur Rangka Bidang .................
5.3 Reduksi Penampang untuk Mencapai Konvergensi Defleksi Hasil
Analisis Program Komputer dengan Eksprimen ..........................
5.4 Faktor Reduksi Profil untuk Mencapai Konvergensi Defleksi
Eksprimen Akibat Eksentrisitas Gaya yang Bekerja ......................
5.5 Validasi Defleksi Terfaktor Berdasarkan Aplikasi Terhadap
Generalisasi Rangka Bidang yang Varian ......................................
5.5.1 Hasil analisis Program Komputer untuk Defleksi dan Aksial
Tekan Akibat Beban Terpusat ..............................................
5.5.2 Hasil Analisis Program Komputer untuk Defleksi dan Aksial
Tekan Akibat Beban Disebar ...............................................
5.5.3 Aplikasi Defleksi Terfaktor terhadap Perancangan Profil C
Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian n ....................
94
95
95
96
97
97
98
99
100
100
101
102
103
103
105
106
109
111
112
112
115
117
Universitas Sumatera Utara
5.5.3.1 Model Rangka Bidang Segitiga Tereduksi ...........
5.5.3.2 Model Rangka Bidang Portal Segitiga ....................
5.5.4 Pembahasan dalam Mencapai Akurasi dan Validasi Aplikasi
Defleksi Terfaktor ...............................................................
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Simpulan ......................................................................................
6.2 Saran .............................................................................................
117
117
119
121
122
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul
Halaman
1.1
Perbandingan Bentuk Ekstrim Rangka Bidang ..........................................
5
1.2
Detailing Nodal yang Menunjukkan Sambungan Eksentris .......................
6
2.1
Profil-profil yang Dibentuk Secara Dingin (From Yu, W.W. 1991 Cold-Formed
Steel Design, John Wiley & Sons, New York. With permission.) ........................................
12
2.2
Gambar Struktur Rangka Atap ...................................................................
13
2.3
Gambar Panel Dinding ...............................................................................
14
2.4
Profil-profil yang Dibentuk Secara Dingin (From Yu, W.W. 1991, Cold-Formed Steel
Design, John Wiley & Sons, New York. With permission) ................................................
14
2.5
Percobaan Tarik Suatu Batang Baja ............................................................
16
2.6
Grafik Hubungan Tegangan - Regangan (From Yu,W.W. 1991, Cold-Formed Steel
Design, John Wiley & Sons, New York. With permission) ................................................
18
2.7
Rangka Bidang ..........................................................................................
2.8
Sumbu Lokal Elemen Rangka Bidang ........................................................
23
24
2.9
Batang dengan Sumbu Global ....................................................................
26
2.10 Elemen Rangka Bidang Praktis ..................................................................
29
2.11 Tekuk Lokal pada Elemen yang Tertekan ...................................................
34
2.12 Plat Bujur Sangkar yang Tertekan Merata ..................................................
35
2.13 Distribusi Tegangan pada Elemen Batang yang Tertekan ...........................
35
2.14 Desain Elemen Terkekang yang Tertekan Merata .......................................
35
2.15 Desain Lebar Efektip Elemen Bebas yang Tertekan Merata .......................
36
2.16 Luas Efektif Profil C Baja Ringan ..............................................................
37
2.17 Panjang Tekuk Lk Dipengaruhi oleh Ikatan Ujung Batang
(SNI 03-1729-2002) ..................................................................................
39
2.18 Eksentrisitas Gaya Batang Rangka Bidang ................................................
41
2.19 Titik Pusat Profil Batang Rangka Bidang
................................................
42
3.1
Bagan Alir Metode Penelitian ....................................................................
48
4.1
Rangka Bidang ..........................................................................................
49
4.2
Inisial Rangka Bidang Varian a .................................................................
50
4.3
Reaksi, Gaya Aksial dan Defleksi Rangka Bidang Varian a .......................
55
Universitas Sumatera Utara
4.4
4.5
Defleksi Varian Struktur Rangka Bidang ...................................................
Grafik Analisis Statik Linier vs Non Linier Geometri Model a ...................
58
4.6
Grafik Analisis Statik Linier vs Non Linier Geometri Model b ...................
61
4.7
Grafik Analisis Statik Linier vs Non Linier Geometri Model c ...................
62
4.8
Grafik Analisis Statik Linier vs Non Linier Geometri Model d ...................
63
4.9
Grafik Analisis Statik Linier vs Non Linier Geometri Model e ...................
64
4.10 Peningkatan Defleksi Struktur Rangka Bidang Varian a .............................
65
4.11 Peningkatan Defleksi Struktur Rangka Bidang Varian b ...........................
66
4.12 Peningkatan Defleksi Struktur Rangka Bidang Varian c ...........................
67
4.13 Variabel Defleksi Struktur Rangka Bidang Varian a, b dan c .......................
69
4.14 Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana Model Persegi ...............
72
4.15 Propertis Batang Struktur Rangka Bidang .................................................
73
4.16 Dasar Penentuan Luas Efektip Profil Batang Tekuk ...................................
74
4.17 Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana Model Trapesium ..........
77
4.18 Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana Model Segitiga .............
79
4.19 Pengaruh Pembebanan Terhadap Batas Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya
Aksial Rencana Model Trapesium .............................................................
80
4.20 Pengaruh Pembebanan Terhadap Batas Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya
Aksial Model Segitiga ...............................................................................
82
4.21 Defleksi Izin Teraktor dan Gaya Aksial Rencana Model Persegi Akibat
Sebaran Beban ...........................................................................................
84
4.22 Defleksi Izin Teraktor dan Gaya Aksial Rencana Model Trapesium Akibat
Sebaran Beban ...........................................................................................
85
4.23 Defleksi Izin Teraktor dan Gaya Aksial Rencana Model Segitiga Akibat
Sebaran Beban ...........................................................................................
87
4.24 Defleksi Izin Teraktor dan Gaya Aksial Rencana Model Trapesium Akibat
Sebaran Beban ...........................................................................................
89
4.25 Pengaruh Sebaran Pembebanan Terhadap Batas Defleksi Izin Terfaktor dan
Gaya Aksial Model Segitiga ......................................................................
90
4.26 Perancangan Struktur Rangka Bidang Model Segitiga Tereduksi ...............
92
4.27 Kombinasi Pembebanan Rangka Bidang Model Segitiga Tereduksi ..........
93
4.28 Hasil Analisis Defleksi dan Gaya Aksial Ekstrim Struktur ..........................
94
4.29 Titik Pusat Sebagai Lengan Momen Sambungan Nodal ..............................
95
60
Universitas Sumatera Utara
4.30 Dasar Penentuan Luas Efektip Profil Batang Tekuk ...................................
95
4.31 Perancangan Struktur Rangka Bidang Model Portal Segitiga .....................
97
4.32 Kombinasi Pembebanan Rangka Bidang Model Portal Segitiga .................
98
4.33 Hasil Analisis Defleksi dan Gaya Aksial Ekstrim Struktur ........................
99
4.34 Titik Pusat Sebagai Lengan Momen Sambungan Nodal .............................
100
4.35 Dasar Penentuan Luas Efektip Profil Batang Tekuk ...................................
100
5.1
Defleksi MEH vs Program Komputer pada Rangka Bidang Varian a ......
103
5.2
Fluktuatif Grafik Besaran Defleksi Hasil Analisis MEH vs Analisis
Program pada Rangka Bidang Varian a .......................................................
104
5.3
Defleksi Analisis Program Komputer vs Eksprimen Ketiga Varian ............
107
5.4
Rasio Defleksi Analisis Komputer vs Eksprimen dari Ketiga Varian ..........
108
5.5
Faktor Reduksi untuk Mencapai Konvergensi Luas Profil A dan Defleksi v
dari Ketiga Varian Rangka Bidang .............................................................
110
5.6
Aplikasi Rancangan Varian Struktur Memikul Beban F .............................
113
5.7
Aplikasi Rancangan Varian Struktur Memikul Beban 3F ...........................
115
5.8
Perancangan Struktur Rangka Bidang Model Segitiga Tereduksi ...............
117
5.9
Perancangan Struktur Rangka Bidang Model Portal Segitiga .....................
117
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
No.
Judul
Halaman
2.1
Batas Lendutan Maksimum ........................................................................
19
4.1
Defleksi Struktur Rangka Bidang Model Varian a, b dan c ..........................
59
4.2
Defleksi Struktur Rangka Bidang Model Varian a ......................................
66
4.3
Defleksi Struktur Rangka Bidang Model Varian b ......................................
67
4.4
Defleksi Struktur Rangka Bidang Model Varian c ......................................
68
4.5
Rasio Defleksi Analisis Komputer vs Eksprimen pada Batas Elastis ......
68
4.6
Reduksi Profil untuk Mencapai Konvergensi Defleksi Rangka Bidang ......
70
4.7
Besaran Faktor Reduksi Profil dan Defleksi Ketiga Varian .......................
71
5.1
Hasil Analisis Metode Elemen Hingga vs Program Komputer untuk
Defleksi Rangka Bidang Varian a ...............................................................
104
5.2
Rasio Defleksi Analisis Teori vs Eksprimen Rangka Bidang ......................
106
5.3
Reduksi Profil untuk Mencapai Konvergensi Defleksi Rangka Bidang ......
109
5.4
Besaran Faktor Reduksi Profil dan Defleksi Ketiga Varian .........................
110
5.5
Aplikasi Defleksi Terfaktor pada Perancangan Dimensi Batang Profil C
Rangka Bidang Baja Ringan Model Persegi ...............................................
114
Aplikasi Defleksi Terfaktor pada Perancangan Dimensi Batang Profil C
Rangka Bidang Baja Ringan Model Segitiga, Trapesium dan Segitiga .....
116
Aplikasi Defleksi Terfaktor pada Perancangan Batang Profil C Rangka
Bidang Baja Ringan Model Segitiga Tereduksi dan Portal Segitiga ............
118
5.6
5.7
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
{fe} = matrik gaya
{de} = matrik perpindahan
[K] = matrik kekakuan
[Te] = matrik ortogonal
Sx1
= gaya horizontal di nodal1
Sx2
= gaya horizontal di nodal 2
a
= elemen batang
u
= perpindahan horizontal
v
= perpindahan vertikal
E
= modulus elastisitas
A
= luas penampang batang
δ
= perpanjangan batang
lo
= panjang awal batang
l
= panjang batang
σ
= tegangan aksial
e
= regangan tarik
Fu
= tegangan batas
Fpr
= tegangan batas proporsional
Wah = beban air hujan
α
sudut kemiringan atap
=
∆L
= pertambahan/pengurangan panjang
Σ
= penjumlahan
?c
= faktor keamanan batang tekuk sentris
?b
= matrik ortogonal
b
= desain lebar efektif elemen tertekan merata
ω
= lebar plat elemen tertekan
ρ
= faktor reduksi
λ
: faktor kelangsingan
Universitas Sumatera Utara
k
= koefisien tekuk plat = 4,0 untuk elemen terkekang
t
= tebal elemen tekan
f
= tegangan tekan maksimum elemen tanpa faktor keamanan
λc
= parameter kelangsingan batangl
λ
= faktor kelangsingan plat
Fy
= tegangan leleh baja ringan
Fn
= tegangan tekuk elastik baja ringan
Fe
= tegangan leleh baja ringan
Lk
= panjang batang tekuk
r
= jari-jari girasi minimum
I
= momen inersia yang ditinjau
Ae
= luas efektip elemen tekan
A
= tinggi profil
B
= lebar profil
C
= tinggi profil kait
R
= jari-jari lengkung profil
M
= momen akibat eksentrisitas gaya aksial
My
= momen lawan terhadap sumbu y
Mny = kuat lentur nominal terhadap sumbu y
Sy
= momen lawan terhadap sumbu y
P
= gaya aksial batang struktur
Pn
= kuat tekuk nominal batang
Pno
= kuat tekuk nominal elastik batang
e
= eksentrisitas atau lengan momen gaya aksial
F
= beban atau gaya kerja pada nodal
L
= panjang bentang struktur rangka bidang
d
= defleksi struktur rangka bidang
Ared = luas profil tereduksi
vred = defleksi vertikal tereduksi
f'
= syarat defleksi atau defleksi izin
fd
= faktor defleksi
v'
= defleksi izin terfaktor
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
No.
Judul
1 Diagram Deformasi Ekstrim Kap Rangka Bidang
Halaman
......................................
124
2 Diagram Gaya Aksial Ekstrim Kap Rangka Bidang
...................................
125
3 Diagram Deformasi Ektrim Portal Rangka Bidang
.....................................
126
.................................
127
4 Diagram Gaya Aksial Ekstrim Portal Rangka Bidang
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH BEBAN EKSENTRISITAS
TERHADAP RANCANGAN DIMENSI BATANG STRUKTUR
RANGKA BIDANG BAJA RINGAN
TESIS
Oleh
DAULAT PANGGABEAN
097016015/TS
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
Universitas Sumatera Utara
KAJIAN LITERATUR
PENGARUH BEBAN EKSENTRISITAS
TERHADAP RANCANGAN DIMENSI BATANG STRUKTUR
RANGKA BIDANG BAJA RINGAN
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Magister Teknik
dalam Program Studi Magister Teknik Sipil pada
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh
DAULAT PANGGABEAN
097016015/TS
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
Judul Tesis
: K A J I A N L I T E R AT U R P E N G A R U H B E B A N
EKSENTRISITAS TERHADAP RANCANGAN DIMENSI
BATANG STRUKTUR RANGKA BIDANG BAJA RINGAN
NamaMahasiswa : Daulat Panggabean
Nomor Pokok
: 097 016 015
Program Studi
: Teknik Sipil
Meyetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
Ketua
Ir. Sanci Barus, MT
Anggota
Ketua Program Studi
Dekan
(Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE.)
(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME.)
Tanggal Lulus: 22 Desember 2012
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada:
Tanggal 22 Desember 2012
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
: Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan
Anggota: Ir. Sanci Barus, MT
Dr. Ing. Hotma Panggabean
Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, M. Sc
Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT
Ir. Rudi Iskandar, MT
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Baja ringan dalam bentuk profil dikategorikan sebagai bahan konstruksi yang banyak
digunakan sampai saat ini, baik untuk bahan bersifat struktur maupun non-struktur. Banyaknya
penggunaan baja ringan ini, sangat dipengaruhi oleh keunggulan yang dimilikinya dalam
berbagai hal seperti berat isi yang sangat ringan, kekuatan, efisiensi perawatan, keawetan yang
mampu bersaing dengan bahan kayu dan baja. Berdasarkan keunggulan yang dimiliki baja
ringan dimaksud, telah menumbuhkan minat untuk mengembangkan penggunaan bahan ini
dalam melengkapi kebutuhan struktur bangunan, terkhusus dalam perancangan struktur rangka
bidang.
Perancangan struktur rangka bidang baja ringan dengan alasan praktis sangat
dimungkinkan memberikan asumsi yang berlebihan, namun dalam penelitian ini dilakukan
pendekatan yang proporsional sebagaimana pokok masalah yang diangkat yaitu, bagaimana
menemukan besaran faktor yang mempengaruhi terjadinya konvergensi defleksi bersyarat
pada struktur rangka bidang baja ringan yang memikul gaya aksial sentris dan yang eksentris
untuk diaplikasikan dalam perancangan dimensi profil C.
Untuk pemecahan masalah ini dilakukan kajian literatur yang memberikan informasi
teoritis dan eksprimental. Informasi yang berbentuk data diolah melalui simulasi Komputer
Program Analisa Struktur, Matlab dan Microsoft Excel. Atas pemodelan yang dibuat,
dianalisis untuk memperoleh hasil dan dibahas untuk digeneralisasikan.
Hasil yang diperoleh pada rangka bidang baja ringan yang memiliki nodal tidak
bertumpu pada satu titik (utamanya ke luar bidang gambar), menimbulkan terjadinya beban
dan gaya aksial eksentris pada batang yang berpengaruh terhadap amplifikasi dimensi
perancangan.
Sehubungan dengan permasalahan di atas, berdasarkan analisis konvergensi variabel
bebas dengan variabel terikat telah ditemukan besaran faktor reduksi 0,06 terhadap defleksi
bersyarat 1/360 dari bentangan rangka bidang, untuk dimanfaatkan dalam mencapai
perancangan dimensi batang rangka bidang baja ringan yang efisien serta memenuhi syarat
kekuatan.
Kata kunci: Beban eksentris, struktur rangka bidang baja ringan, perancangan.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Mild steel in the form of profiles categorized as a construction material that is widely
used to date, both for the substance to be structure or non-structure. The higher incidence of
mild steel, heavily influenced by the advantages it has in many ways such as the contents of a
very light weight, strength, efficiency of care, durability that can compete with wood and steel.
Based on the advantages of mild steel in question, has been growing interest in developing the
use of these materials in completing the requirements of building structures, especially those
in the design of field framework structure.
The design of mild steel fields framework structure for practical reasons is possible that
the assumptions provide redundant, but in this study conducted a proportionate approach as
the principal issue raised is, how to find scale factors that influence the occurrence of
deflections conditional convergence in the fields framework structure of mild steel that bear
style axial centric and eccentric to be applied in the design of the profile C dimension.
For solving this problem was a literature that provides theoretical and exprimental
information. Information in the form data is processed through computer simulations
Structural Analysis Program, MATLAB and Microsoft Excel. On modeling is made, analyzed
and discussed to obtain results to be generalized.
The results obtained in the field frame work of mild steel that has reliant is not stand on
a single point (mainly outside image area), led to an eccentric load and axial force on the
shaft that affect the design dimension amplification.
In connection with the convergence analysis is based on the independent variables and
the dependent variable has been found the scale reduction factor of 0.06 for standard
deflection 1/360 of a stretch of field, to be used in order to achieve the design dimensions of
the field frame work of mild steel that is efficient and obtain the strenght requirements.
Key words: Eccentric load, fields framework of mild steel structure, design.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadapan Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah melimpahkan
berkat dan kasihNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini sebagai salah satu
persyaratan akademik yang harus dipenuhi untuk dapat menyelesaikan Program
Magister Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tesis ini dilaksanakan dengan studi literatur yang mengambil judul “Kajian
Literatur Pengaruh Beban Eksentrisitas Terhadap Rancangan Dimensi Batang
Struktur Rangka Bidang Baja Ringan”.
Peranan yang begitu besar dalam penyelesaian tesis ini telah banyak diterima,
maka selayaknyalah pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada:
Bapak Prof. Dr. Ir. Roesyanto, MSCE, selaku Ketua Program Studi Magister
Teknik
Sipil
pada
Fakultas
Teknik
Universitas
Sumatera
Utara,
Bapak
Ir. Rudi Iskandar, MT, sebagai Sekretaris Program Studi Magister Teknik Sipil pada
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang juga sebagai dosen Pembanding dan
Penguji.
Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Komisi Pembimbing,
Bapak Ir. Sanci Barus, MT, selaku anggota Komisi Pembimbing yang memberikan
arahan, masukan dan saran.
Bapak Dr. Ing. Hotma Panggabean, Bapak Prof. Dr. Ir. Bachrian Lubis, M.Sc.,
Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT, sebagai dosen Pembanding dan Penguji, yang
memberikan masukan dan saran dalam penyelesaian tesis ini.
Bapak-bapak dosen dan Bapak Yun sebagai pegawai administrasi pada Program
Studi Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Istri tercinta Rosdiana Sinaga, BA dan ketiga putra-putri tersayang Lila Iasha
Panggabean, SFarm, Winda Panggabean, SP, dan Handson Panggabean yang
memberikan dukungan moral dan semangat.
Rekan sejawat Djanifa, ST, MT, alumni Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik
USU, selaku praktisi yang memberikan hasil eksprimen laboratorium tesisnya
Universitas Sumatera Utara
sebagai referensi dalam penyelesaian tesis ini, rekan-rekan mahasiswa Program Studi
Magister Teknik Sipil Fakultas Teknik USU, jajaran pimpinan hingga rekan-rekan
dosen Teknik Sipil Politeknik Negeri Medan (POLMED), juga kepada pihak lembaga
Departemen Pendidikan Tinggi Nasional atas Beasiswa Pendidikan Pasca Sarjana
(BPPS) yang diterima selama pendidikan Program Magister ini, dan lain-lain yang tak
dapat disebutkan namanya yang telah memberikan dukungan dan motivasi dalam
penyelesaian tesis ini.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang dari sempurna, maka oleh sebab
itu dengan rendah hati diharapkan saran dan kritik konstruktif dari pembaca. Akhirnya
disampaikan semoga tesis ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu, kelak di kemudian
hari.
Medan,
Desember 2012
Daulat Panggabean
097 016 015/TS
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis yang berjudul “Kajian
Literatur Pengaruh Beban Eksentrisitas Terhadap Rancangan Dimensi Batang
Struktur Rangka Bidang Baja Ringan” adalah karya saya sendiri dan belum pernah
diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi lain. Sumber informasi yang
berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis
lain telah disebutkan dalam tesis ini dan dicantumkan dalam daftar pustaka.
Medan,
Desember 2012
Daulat Panggabean
097 016 015/TS
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
A. Data Pribadi
Nama
: Daulat Panggabean
Tempat/Tanggal Lahir : Tarutungbolak, 3 September 1958
Alamat
: Jl. Tembakau 12 No. 4, Perumnas Simalingkar, Medan
: daulatpanggabean@yahoo.com
Jenis Kelamin
: Laki-laki
Status
: Kawin
Agama
: Kristen Protestan
B. Riwayat Pendidikan
1966 - 1971
: SD Sw Advent
1971 - 1974
: SMP Sw Naipospos
1974 - 1977
: STM Negeri Sibolga
1978 - 1981
: IKIP Negeri Medan, Sarjana Muda
1982 - 1984
: IKIP Negeri Medan, Sarjana
1999 - 2002
: ITB Bandung, Sarjana
B. Riwayat Pekerjaan
1986 - sekarang
: Dosen pada Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri
Medan (POLMED)
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK .........................................................................................................
ABSTRACT ......................................................................................................
KATA PENGANTAR .......................................................................................
PERNYATAAN .................................................................................................
RIWAYAT HIDUP ............................................................................................
DAFTAR ISI .....................................................................................................
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................
DAFTAR TABEL ..............................................................................................
DAFTAR NOTASI ............................................................................................
DAFTAR LAMPIRAN .....................................................................................
i
ii
iii
v
vi
vii
xiii
xvi
xvii
xix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...........................................................................
1.2 Perumusan Masalah ...................................................................
1.2.1 Tinjauan Analisis Statik Linier ..........................................
1.2.2 Tinjauan Analisis Statik Non Linier ..................................
1.2.3 Tinjauan Analisis Allowable Stress Design ASD ..............
1.2.4 Tinjauan Esensial Permasalahan .......................................
1.3 Pembatasan Masalah ...................................................................
1.4 Tujuan Penulisan .........................................................................
1.5 Metodologi Pembahasan .............................................................
1.6 Kegiatan Penulisan ....................................................................
1.7 Sistematika Penulisan ...................................................................
1
2
2
2
3
3
8
9
10
10
11
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum ...........................................................................................
2.1.1 Penampang Struktur Individu (Tunggal) ............................
2.1.2 Penampang Panel dan Dek ..................................................
2.2 Sifat-sifat Baja Ringan ..................................................................
2.2.1 Konstanta Bahan ................................................................
2.2.2 Batas-batas Tegangan .........................................................
2.3 Batas-batas Lendutan ...................................................................
2.4 Pembebanan .................................................................................
2.4.1 Beban Mati ..........................................................................
12
12
13
15
15
17
19
19
20
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Beban Hidup .......................................................................
2.4.3 Beban Angin ......................................................................
2.5 Metode Elemen Hingga Rangka Bidang (Truss) .........................
2.5.1 Matrik Kekakuan Terhadap Sumbu Lokal ...........................
2.5.2 Matrik Kekakuan Terhadap Sumbu Global .........................
2.5.3 Tinjauan Matrik Kekakuan Geometri Non-linier Rangka
Batang Praktis ....................................................................
2.6 Interaksi Kombinasi Beban Aksial Tekan dan Lentur ..................
2.6.1 Daya Dukung Nominal Batang Struktur ............................
2.6.2 Lebar Efektip Elemen Terkekang yang Tertekan Merata ....
2.6.3 Lebar Efektip Elemen Bebas yang Tertekan Merata .............
2.6.4 Luas Efektip Profil yang Mengalami Tegangan Tekan ........
2.6.5 Tegangan Tekuk Nominal Berdasarkan Kelangsingan
Batang .................................................................................
2.6.6 Daftar dan Properties Profil C Produksi Fabrikan ................
2.6.7 Momen yang Terjadi Akibat Gaya Eksentrisitas pada Batang
2.6.8 Titik Pusat dan atau Titik Berat Profil C Batang Baja Ringan
2.6.9 Program Analisa Struktur ....................................................
2.6.9.1 Merancang dengan Cara Konvensional ..................
2.6.9.2 Merancang dengan Pemanfaatan Program Analisa
Struktur ..................................................................
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Studi Literatur ...............................................................................
3.2 Sumber dan Jenis Data ..................................................................
3.3 Teknik Pengumpulan Data ............................................................
3.4 Teknik Pengolahan Data ...............................................................
3.5 Bagan Alir ....................................................................................
BAB IV PEMODELAN DAN ANALISIS
4.1 Bentuk Struktur Rangka Bidang ...................................................
4.2 Validasi Penggunaan Analisis Metode Berdasarkan Defleksi
Akibat Beban pada Bentuk Varian Struktur Rangka Bidang ..........
4.2.1 Analisis Metode Elemen Hingga pada Struktur Rangka
Bidang (Varian a) ................................................................
4.2.2 Analisis Program Struktur Rangka Bidang (Varian a) .........
4.2.3 Konvergensi Metode Elemen Hingga dengan Program
Komputer dalam Analisis Defleksi Struktur Rangka Bidang
Baja Ringan ........................................................................
21
22
23
24
26
28
32
33
34
36
37
38
40
40
41
42
43
43
45
45
46
46
47
49
49
50
54
56
Universitas Sumatera Utara
4.3 Variabel Terikat Defleksi Hasil Eksprimen terhadap Tiga Varian
Struktur Rangka Bidang ................................................................
4.3.1 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian a ...................
4.3.2 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian b ...................
4.3.3 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian c ...................
4.4 Tinjauan Validasi Penggunaan Analisis Statik Linier dan
Non-linier Geometri .....................................................................
4.4.1 Analisis Statik Linier dan Non-linier Geometri Struktur
Rangka Bidang Persegi Kategori Rendah (Model a) ...........
4.4.2 Analisis Statik Linier dan Non-linier Geometri Struktur
Rangka Bidang Persegi Kategori Sedang (Model b) ............
4.4.3 Analisis Statik Linier dan Non-linier Struktur Rangka
Bidang Persegi Kategori Tinggi (Model c) ..........................
4.4.4 Analisis Statik Linier dan Non-linier Struktur Rangka
Bidang Tarapesium Kategori Rendah (Model d) .................
4.4.5 Analisis Statik Linier dan Non-linier Struktur Rangka
Bidang Segitiga Kategori Rendah (Model e) .......................
4.5 Variabel Bebas Defleksi Hasil Analisis Komputer terhadap Tiga
Varian Struktur Rangka Bidang dalam Batas Elastis ..................
4.5.1 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian a ...................
4.5.2 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian b ...................
4.5.3 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian c ...................
4.6 Rasio Defleksi Analisis Teori vs Eksprimen dari Ketiga Varian
Struktur .........................................................................................
4.7 Reduksi Profil untuk Mencapai Konvergensi Defleksi Analisis
Program Komputer vs Eksprimen dalam dalam Batas Statis Linier
4.8 Analisis Faktor Amplifikasi Profil Akibat Eksentrisitas Kerja Gaya
4.9 Validasi Faktor Amplifikasi Profil Akibat Eksentrisitas Kerja Gaya
4.9.1 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Persegi ...........
4.9.1.1 Konvergensi Pembebanan yang Menimbulkan
Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana
4.9.1.2 Propertis Batang Rangka Bidang yang ditentukan ..
4.9.1.3 Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana ...
4.9.1.4 Luas Efektip Profil .................................................
4.9.1.5 Kuat Batang Aksial Eksentris .................................
4.9.1.6 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ....................
4.9.2 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Trapesium .....
4.9.2.1 Defleksi dan Aksial Tekan Dipengaruhi oleh Model
Rangka Bidang .......................................................
56
56
58
58
59
60
61
62
63
64
65
65
66
67
68
69
70
71
71
72
73
74
74
76
76
76
77
Universitas Sumatera Utara
4.9.2.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ...................
4.9.3 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Segitiga .........
4.9.3.1 Defleksi dan Aksial Tekan Dipengaruhi oleh Model
Rangka Bidang ......................................................
4.9.3.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris .....................
4.9.4 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Trapesium ......
4.9.4.1 Varian Beban dan Modeling Rangka Bidang
Menimbulkan Konvergensi Defleksi Izin Terfaktor
4.9.4.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksntris ....................
4.9.5 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Segitiga .........
4.9.5.1 Varian Beban dan Modeling Rangka Bidang
Menimbulkan Konvergensi Defleksi Izin Terfaktor
4.9.5.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ....................
4.9.6 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Persegi ..........
4.9.6.1 Konvergensi Sebaran Beban yang Menimbulkan
Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana ..
4.9.6.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ...................
4.9.7 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Trapesim .......
4.9.7.1 Konvergensi Sebaran Beban yang Menimbulkan
Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana
4.9.7.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ..................
4.9.8 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Segitiga .........
4.9.8.1 Konvergensi Pembebanan yang Menimbulkan
Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana
4.9.8.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ..................
4.9.9 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Trapesium ..
4.9.9.1 Konvergensi Sebaran Beban yang Menimbulkan
Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana
4.9.9.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ..................
4.9.10 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Segitiga .......
4.9.10.1 Konvergensi Pembebanan yang Menimbulkan
Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana
4.9.10.2 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris ..................
4.9.11 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Varian n ......
4.9.11.1 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model
Segitiga Tereduksi ...............................................
4.9.11.1.1 Entri Data Perancangan Dimensi
Berdasarkan Defleksi Izin Terfaktor .....
78
78
78
79
80
80
81
81
82
83
83
83
84
85
85
86
86
87
88
88
88
89
90
90
91
91
92
93
Universitas Sumatera Utara
4.9.11.1.2 Run Anal i si s Kom puter unt uk
Konvergensi Defleksi Bersyarat dan
Gaya Aksial Ekstrim
.....................
4.9.11.1.3 Titik Pusat Sebagai Eksentrisitas
Sambungan Nodal ...............................
4.9.11.1.4 Luas Efektip Profil ..............................
4.9.11.1.5 Kuat Batang Aksial Eksentris ............
4.9.11.1.6 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris
4.9.11.2 Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Model Portal
Segitiga ................................................................
4.9.11.2.1 Entri Data Perancangan Dimensi
Berdasarkan Defleksi Izin Terfaktor ....
4.9.11.2.2 R un Anal is i s Kom puter unt uk
Konvergensi Defleksi Bersyarat dan
Gaya Aksial Ekstrim
.....................
4.9.11.2.3 Titik Pusat Sebagai Eksentrisitas
Sambungan Nodal ...............................
4.9.11.2.4 Luas Efektip Profil ..............................
4.9.11.2.5 Kuat Batang Aksial Eksentris ............
4.9.11.2.6 Koreksi Kuat Batang Aksial Eksentris
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1 Validasi Penggunaan Program Komputer terhadap Analisis
Defleksi Struktur Rangka Bidang Varian a ...................................
5.1.1 Konvergensi Analisis Manual MEH dan Program Komputer
5.1.2 Konvergensi Analisis Komputer Statik Linier vs Non-linier
Geometri .............................................................................
5.2 Rasio Defleksi Ketiga Varian Struktur Rangka Bidang .................
5.3 Reduksi Penampang untuk Mencapai Konvergensi Defleksi Hasil
Analisis Program Komputer dengan Eksprimen ..........................
5.4 Faktor Reduksi Profil untuk Mencapai Konvergensi Defleksi
Eksprimen Akibat Eksentrisitas Gaya yang Bekerja ......................
5.5 Validasi Defleksi Terfaktor Berdasarkan Aplikasi Terhadap
Generalisasi Rangka Bidang yang Varian ......................................
5.5.1 Hasil analisis Program Komputer untuk Defleksi dan Aksial
Tekan Akibat Beban Terpusat ..............................................
5.5.2 Hasil Analisis Program Komputer untuk Defleksi dan Aksial
Tekan Akibat Beban Disebar ...............................................
5.5.3 Aplikasi Defleksi Terfaktor terhadap Perancangan Profil C
Struktur Rangka Bidang Baja Ringan Varian n ....................
94
95
95
96
97
97
98
99
100
100
101
102
103
103
105
106
109
111
112
112
115
117
Universitas Sumatera Utara
5.5.3.1 Model Rangka Bidang Segitiga Tereduksi ...........
5.5.3.2 Model Rangka Bidang Portal Segitiga ....................
5.5.4 Pembahasan dalam Mencapai Akurasi dan Validasi Aplikasi
Defleksi Terfaktor ...............................................................
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Simpulan ......................................................................................
6.2 Saran .............................................................................................
117
117
119
121
122
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul
Halaman
1.1
Perbandingan Bentuk Ekstrim Rangka Bidang ..........................................
5
1.2
Detailing Nodal yang Menunjukkan Sambungan Eksentris .......................
6
2.1
Profil-profil yang Dibentuk Secara Dingin (From Yu, W.W. 1991 Cold-Formed
Steel Design, John Wiley & Sons, New York. With permission.) ........................................
12
2.2
Gambar Struktur Rangka Atap ...................................................................
13
2.3
Gambar Panel Dinding ...............................................................................
14
2.4
Profil-profil yang Dibentuk Secara Dingin (From Yu, W.W. 1991, Cold-Formed Steel
Design, John Wiley & Sons, New York. With permission) ................................................
14
2.5
Percobaan Tarik Suatu Batang Baja ............................................................
16
2.6
Grafik Hubungan Tegangan - Regangan (From Yu,W.W. 1991, Cold-Formed Steel
Design, John Wiley & Sons, New York. With permission) ................................................
18
2.7
Rangka Bidang ..........................................................................................
2.8
Sumbu Lokal Elemen Rangka Bidang ........................................................
23
24
2.9
Batang dengan Sumbu Global ....................................................................
26
2.10 Elemen Rangka Bidang Praktis ..................................................................
29
2.11 Tekuk Lokal pada Elemen yang Tertekan ...................................................
34
2.12 Plat Bujur Sangkar yang Tertekan Merata ..................................................
35
2.13 Distribusi Tegangan pada Elemen Batang yang Tertekan ...........................
35
2.14 Desain Elemen Terkekang yang Tertekan Merata .......................................
35
2.15 Desain Lebar Efektip Elemen Bebas yang Tertekan Merata .......................
36
2.16 Luas Efektif Profil C Baja Ringan ..............................................................
37
2.17 Panjang Tekuk Lk Dipengaruhi oleh Ikatan Ujung Batang
(SNI 03-1729-2002) ..................................................................................
39
2.18 Eksentrisitas Gaya Batang Rangka Bidang ................................................
41
2.19 Titik Pusat Profil Batang Rangka Bidang
................................................
42
3.1
Bagan Alir Metode Penelitian ....................................................................
48
4.1
Rangka Bidang ..........................................................................................
49
4.2
Inisial Rangka Bidang Varian a .................................................................
50
4.3
Reaksi, Gaya Aksial dan Defleksi Rangka Bidang Varian a .......................
55
Universitas Sumatera Utara
4.4
4.5
Defleksi Varian Struktur Rangka Bidang ...................................................
Grafik Analisis Statik Linier vs Non Linier Geometri Model a ...................
58
4.6
Grafik Analisis Statik Linier vs Non Linier Geometri Model b ...................
61
4.7
Grafik Analisis Statik Linier vs Non Linier Geometri Model c ...................
62
4.8
Grafik Analisis Statik Linier vs Non Linier Geometri Model d ...................
63
4.9
Grafik Analisis Statik Linier vs Non Linier Geometri Model e ...................
64
4.10 Peningkatan Defleksi Struktur Rangka Bidang Varian a .............................
65
4.11 Peningkatan Defleksi Struktur Rangka Bidang Varian b ...........................
66
4.12 Peningkatan Defleksi Struktur Rangka Bidang Varian c ...........................
67
4.13 Variabel Defleksi Struktur Rangka Bidang Varian a, b dan c .......................
69
4.14 Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana Model Persegi ...............
72
4.15 Propertis Batang Struktur Rangka Bidang .................................................
73
4.16 Dasar Penentuan Luas Efektip Profil Batang Tekuk ...................................
74
4.17 Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana Model Trapesium ..........
77
4.18 Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya Aksial Rencana Model Segitiga .............
79
4.19 Pengaruh Pembebanan Terhadap Batas Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya
Aksial Rencana Model Trapesium .............................................................
80
4.20 Pengaruh Pembebanan Terhadap Batas Defleksi Izin Terfaktor dan Gaya
Aksial Model Segitiga ...............................................................................
82
4.21 Defleksi Izin Teraktor dan Gaya Aksial Rencana Model Persegi Akibat
Sebaran Beban ...........................................................................................
84
4.22 Defleksi Izin Teraktor dan Gaya Aksial Rencana Model Trapesium Akibat
Sebaran Beban ...........................................................................................
85
4.23 Defleksi Izin Teraktor dan Gaya Aksial Rencana Model Segitiga Akibat
Sebaran Beban ...........................................................................................
87
4.24 Defleksi Izin Teraktor dan Gaya Aksial Rencana Model Trapesium Akibat
Sebaran Beban ...........................................................................................
89
4.25 Pengaruh Sebaran Pembebanan Terhadap Batas Defleksi Izin Terfaktor dan
Gaya Aksial Model Segitiga ......................................................................
90
4.26 Perancangan Struktur Rangka Bidang Model Segitiga Tereduksi ...............
92
4.27 Kombinasi Pembebanan Rangka Bidang Model Segitiga Tereduksi ..........
93
4.28 Hasil Analisis Defleksi dan Gaya Aksial Ekstrim Struktur ..........................
94
4.29 Titik Pusat Sebagai Lengan Momen Sambungan Nodal ..............................
95
60
Universitas Sumatera Utara
4.30 Dasar Penentuan Luas Efektip Profil Batang Tekuk ...................................
95
4.31 Perancangan Struktur Rangka Bidang Model Portal Segitiga .....................
97
4.32 Kombinasi Pembebanan Rangka Bidang Model Portal Segitiga .................
98
4.33 Hasil Analisis Defleksi dan Gaya Aksial Ekstrim Struktur ........................
99
4.34 Titik Pusat Sebagai Lengan Momen Sambungan Nodal .............................
100
4.35 Dasar Penentuan Luas Efektip Profil Batang Tekuk ...................................
100
5.1
Defleksi MEH vs Program Komputer pada Rangka Bidang Varian a ......
103
5.2
Fluktuatif Grafik Besaran Defleksi Hasil Analisis MEH vs Analisis
Program pada Rangka Bidang Varian a .......................................................
104
5.3
Defleksi Analisis Program Komputer vs Eksprimen Ketiga Varian ............
107
5.4
Rasio Defleksi Analisis Komputer vs Eksprimen dari Ketiga Varian ..........
108
5.5
Faktor Reduksi untuk Mencapai Konvergensi Luas Profil A dan Defleksi v
dari Ketiga Varian Rangka Bidang .............................................................
110
5.6
Aplikasi Rancangan Varian Struktur Memikul Beban F .............................
113
5.7
Aplikasi Rancangan Varian Struktur Memikul Beban 3F ...........................
115
5.8
Perancangan Struktur Rangka Bidang Model Segitiga Tereduksi ...............
117
5.9
Perancangan Struktur Rangka Bidang Model Portal Segitiga .....................
117
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
No.
Judul
Halaman
2.1
Batas Lendutan Maksimum ........................................................................
19
4.1
Defleksi Struktur Rangka Bidang Model Varian a, b dan c ..........................
59
4.2
Defleksi Struktur Rangka Bidang Model Varian a ......................................
66
4.3
Defleksi Struktur Rangka Bidang Model Varian b ......................................
67
4.4
Defleksi Struktur Rangka Bidang Model Varian c ......................................
68
4.5
Rasio Defleksi Analisis Komputer vs Eksprimen pada Batas Elastis ......
68
4.6
Reduksi Profil untuk Mencapai Konvergensi Defleksi Rangka Bidang ......
70
4.7
Besaran Faktor Reduksi Profil dan Defleksi Ketiga Varian .......................
71
5.1
Hasil Analisis Metode Elemen Hingga vs Program Komputer untuk
Defleksi Rangka Bidang Varian a ...............................................................
104
5.2
Rasio Defleksi Analisis Teori vs Eksprimen Rangka Bidang ......................
106
5.3
Reduksi Profil untuk Mencapai Konvergensi Defleksi Rangka Bidang ......
109
5.4
Besaran Faktor Reduksi Profil dan Defleksi Ketiga Varian .........................
110
5.5
Aplikasi Defleksi Terfaktor pada Perancangan Dimensi Batang Profil C
Rangka Bidang Baja Ringan Model Persegi ...............................................
114
Aplikasi Defleksi Terfaktor pada Perancangan Dimensi Batang Profil C
Rangka Bidang Baja Ringan Model Segitiga, Trapesium dan Segitiga .....
116
Aplikasi Defleksi Terfaktor pada Perancangan Batang Profil C Rangka
Bidang Baja Ringan Model Segitiga Tereduksi dan Portal Segitiga ............
118
5.6
5.7
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
{fe} = matrik gaya
{de} = matrik perpindahan
[K] = matrik kekakuan
[Te] = matrik ortogonal
Sx1
= gaya horizontal di nodal1
Sx2
= gaya horizontal di nodal 2
a
= elemen batang
u
= perpindahan horizontal
v
= perpindahan vertikal
E
= modulus elastisitas
A
= luas penampang batang
δ
= perpanjangan batang
lo
= panjang awal batang
l
= panjang batang
σ
= tegangan aksial
e
= regangan tarik
Fu
= tegangan batas
Fpr
= tegangan batas proporsional
Wah = beban air hujan
α
sudut kemiringan atap
=
∆L
= pertambahan/pengurangan panjang
Σ
= penjumlahan
?c
= faktor keamanan batang tekuk sentris
?b
= matrik ortogonal
b
= desain lebar efektif elemen tertekan merata
ω
= lebar plat elemen tertekan
ρ
= faktor reduksi
λ
: faktor kelangsingan
Universitas Sumatera Utara
k
= koefisien tekuk plat = 4,0 untuk elemen terkekang
t
= tebal elemen tekan
f
= tegangan tekan maksimum elemen tanpa faktor keamanan
λc
= parameter kelangsingan batangl
λ
= faktor kelangsingan plat
Fy
= tegangan leleh baja ringan
Fn
= tegangan tekuk elastik baja ringan
Fe
= tegangan leleh baja ringan
Lk
= panjang batang tekuk
r
= jari-jari girasi minimum
I
= momen inersia yang ditinjau
Ae
= luas efektip elemen tekan
A
= tinggi profil
B
= lebar profil
C
= tinggi profil kait
R
= jari-jari lengkung profil
M
= momen akibat eksentrisitas gaya aksial
My
= momen lawan terhadap sumbu y
Mny = kuat lentur nominal terhadap sumbu y
Sy
= momen lawan terhadap sumbu y
P
= gaya aksial batang struktur
Pn
= kuat tekuk nominal batang
Pno
= kuat tekuk nominal elastik batang
e
= eksentrisitas atau lengan momen gaya aksial
F
= beban atau gaya kerja pada nodal
L
= panjang bentang struktur rangka bidang
d
= defleksi struktur rangka bidang
Ared = luas profil tereduksi
vred = defleksi vertikal tereduksi
f'
= syarat defleksi atau defleksi izin
fd
= faktor defleksi
v'
= defleksi izin terfaktor
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
No.
Judul
1 Diagram Deformasi Ekstrim Kap Rangka Bidang
Halaman
......................................
124
2 Diagram Gaya Aksial Ekstrim Kap Rangka Bidang
...................................
125
3 Diagram Deformasi Ektrim Portal Rangka Bidang
.....................................
126
.................................
127
4 Diagram Gaya Aksial Ekstrim Portal Rangka Bidang
Universitas Sumatera Utara