analisa rangka baja pada hanggar berbasis finite …
Post on 02-Oct-2021
6 Views
Preview:
TRANSCRIPT
TUGAS AKHIR
ANALISA RANGKA BAJA PADA HANGGAR
BERBASIS FINITE ELEMENT METHOD DENGAN
APLIKASI SAP (Structure Analysis Program)
ANDI ILHAM M. NUGRAWAN
D111 10 110
JURUSAN SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
2016
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis peranan batang skur pada struktur
rangka baja hangar. Data diambil melalui sebuah studi kasus hangar yang telah
roboh sebagai sebuah pendekatan tinjauan hubungan perilaku batang skur dengan
berbagai jenis model dan tumpuan di salah satu bentangnya dengan bentang 90
meter dan tinggi sekitar 18 meter. Studi kasus ini merupakan studi lapangan pada
sebuah struktur yakni Hanggar Balai Besar Kalibrasi Bandar Udara Sultan
Hasanuddin yang rubuh pada hari Minggu, 9 Maret 2015. Gedung Hanggar
merupakan sebuah struktur terbuka dengan komponen strukturnya adalah struktur
rangka baja yang didudukkan pada kolom beton. Penelitian ini diutamakan pada
mencari besarnya kekuatan struktur hanggar berbagai model dalam kapasitasnya
menahan beban luar secara analisis dengan Metode Elemen Hingga (MEH),
menggunakan Aplikasi SAP (Structure Analysis Program).
Kata Kunci : Rangka Baja, Batang Skur, Metode Elemen Hingga (MEH), SAP
ABSTRACT
This research is intended to analyze braching frame role in steel truss structure of
hangar. The data were collected through a case study of hangar that has
collapsed as an approach to the description of the relationship with the model
type and pedestal in one of the spans with a span of 90 meters and a height about
18 meters. This case study is a field study on a structure of the Hasanuddin
Sultan's Calibration Hanggar Hall which collapsed on Sunday, March 9, 2015.
The Hanggar Building is an open structure with its structural components, a steel
frame structure mounted on a concrete column. This research is prioritized to find
out the structural strength of various models in its capacity to withstand external
load with Finite Elements Method (FEM), using the SAP (Structure Analysis
Program) Application.
Key Words: Steel Truss, Braching Frame, Finite Element Method (FEM), SAP
KATA PENGANTAR
Bismillahi Ar-Rohmaani Ar-Rohiim.
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, penulis persembahkan
dengan selesainya tugas akhir ini, karena hanya dengan anugrah-Nyalah penulis
dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tugas akhir dengan judul “Analisa
Rangka Baja pada Hanggar menggunakan Finite Element Method dengan
Aplikasi SAP (Structure Analysis Program)”.
Tugas akhir ini adalah sebagai salah satu persyaratan yang diajukan untuk
menyelesaikan studi pada Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Makassar. Tugas akhir ini disusun berdasarkan hasil penelitian komputasi dan
peninjauan lapangan yang dilakukan di Hanggar Balai Besar Kalibrasi Bandar
Udara Sultan Hasanuddin dan Laboratorium Riset Struktur dan Bahan Jurusan
Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam rangkaian kegiatan penelitian
serta penulisan tugas akhir ini tidak akan terlaksana sebagaimana yang diharapkan
tanpa adanya bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu pada
kesempatan ini perkenankan penulis menghaturkan terima kasih yang sebesar
besarnya kepada :
1. Ibu, Ayah dan adik - adik tercinta atas bantuan dan dukungannya
baik spiritual maupun materil.
2. Dr. Eng. Rudi Djamaluddin, ,ST. M. Eng, selaku pembimbing I, yang
telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan
pengarahannya.
3. Ir. H. Ahmad Bakri Muhiddin, MSc. Ph. D, selaku pembimbing II,
yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan
pengarahannya.
4. Dr. Ir. Muhammad Arsyad Thaha, MT, selaku ketua Jurusan Sipil
Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.
5. Jodie Prayogo ST, yang bersama-sama dengan penulis mengerjakan
dan menyelesaikan penelitian baik di lapangan maupun di
laboratorium.
6. Dr. Ir. Arwin Amiruddin MT, selaku Pembimbinig Akademik yang
memberikan nasihat dan semangat pada saya selama penyusunan
tugas akhir ini.
7. Prof. Dr. M. Wihardi Tjaronge, ST, M. Eng, yang telah meminjamkan
beberapa literatur yang berkaitan serta bimbingan-bimbingan selama
penyusunan tugas akhir ini.
8. M. Akbar Tjaronge, ST, MT, yang telah memberikan petunjuk-
petunjuk penggunaan aplikasi SAP
9. Para dosen, staff dan pegawai di Jurusan Sipil Fakultas Teknik
Universitas Hasanuddin.
10. Rekan-rekan Himpunan Mahasiswa Sipil (HMS) FT-UH yang telah
memberikan semangat dan dukungan doa.
11. Rekan-rekan mahasiswa di Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas
Hasanuddin khusunya Angkatan 2010, dan semua pihak yang telah
membantu penulis baik dalam bentuk materiil maupun immateriil,
semoga Tuhan menerima amalan kita dalam beribadah di jalanNya.
Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam tugas akhir ini, oleh
karena itu penulis mengharapkan rekan-rekan sekalian dapat memberikan kritik
dan saran yang membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata,
Penulis mengharapkan tugas akhir ini dapat berguna bagi kita semua, bangsa dan
negara.
Makassar ,
September 2016
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iv
KATA PENGANTAR ....................................................................................................... vi
DAFTAR ISI .... ................................................................................................................ ix
DAFTAR TABEL .............................................................................................................. xi
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................ xii
DAFTAR GRAFIK ................................................................................................ xv
ABSTRAK…….………………………………………………………………. xiv
BAB I PENDAHULUAN.................................................................................... I-1
I.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................... I-1
I.2 Tujuan Penelitian .......................................................................................... I-4
I.3 Rumusan Masalah ......................................................................................... I-4
I.4 Batasan Masalah ........................................................................................... I-4
I.5 Sistematika Penulisan ................................................................................... I-5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................... II-1
II.1 Tinjauan Umum ......................................................................................... II-1
II.1.1 Hanggar ................................................................................ II-1
II.1.2 Baja ....................................................................................... II-1
II.1.3 Kolom Beton ........................................................................ II-9
II.2 Perhitungan Struktur ................................................................................ II-10
II.2.1 Perhitungan Kekuatan Struktur .......................................... II-10
II.2.2 Pembebanan ........................................................................ II-11
II.3 Sistem Struktur Hanggar ......................................................................... II-12
II.3.1 Kuda-Kuda ......................................................................... II-12
II.3.2 Faktor Reduksi Kekuatan untuk Baja ................................. II-13
II.3.3 Faktor Reduksi Kolom Beton ............................................. II-14
II.3.4 Tahap Analisa Kuda-Kuda ................................................. II-14
II.4 Analisis Struktur Kuda-Kuda Menggunakan SAP .................................. II-15
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................................ III-1
III.1 Pengamatan Visual .................................................................................. III-1
III.2 Pengukuran .............................................................................................. III-1
III.3 Rancangan Penelitian .............................................................................. III-3
III.3.1 Analisis Struktur ............................................................... III-3
III.3.2 Pemodelan Struktur ........................................................... III-4
III.3.3 Pengkodean Model ............................................................ III-5
III.3.4 Model Finite Elemen ......................................................... III-7
III.3.5 Pembebanan Struktur ........................................................ III-8
III.3.6 Metodologi Pengambilan Data Lapangan ......................... III-9
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................... IV-1
IV.1 Desain Struktur ....................................................................................... IV-1
IV.2 Pemodelan ............................................................................................... IV-3
IV.3 Output Analisis ....................................................................................... IV-4
IV.3.1 Lendutan ........................................................................... IV-5
IV.3.2 Gaya-Gaya Batang .......................................................... IV-10
IV.3.3 Tegangan ......................................................................... IV-24
BAB V PENUTUP ......................................................................................................... V-1
V.1 Kesimpulan ................................................................................................ V-1
V.2 Saran .......................................................................................................... V-2
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tabel Mutu Baja
Tabel 2.2 Ukuran Profil Untuk Tiap Jenis Material
Tabel 2.3 Tabel Faktor Reduksi (Φ) Untuk Keadaan Kekuatan Batas
Material Baja
Tabel 2.4 Tabel Pembebanan Angin
Tabel 3.1 Hasil Pengukuran Section Properties di Lapangan
Tabel 3.2 Variasi Pemodelan Model
Tabel 3.3 Sifat-Sifat Material Siap Input
Tabel 4.1 Pengukuran Langsung Profil Baja pada Hanggar di Lapangan
Tabel 4.2 Displacement Maksimum dan Minimum dari Tiap Model
Tabel 4.3 Rekapitulasi Gaya Aksial dari Setiap Model
Tabel 4.4 Rekapitulasi Gaya Geser dari Setiap Model
Tabel 4.5 Rekapitulasi Momen Lentur dari Setiap Model
Tabel 4.6 Tabel informasi profil baja yang akan ditinjau
Tabel 4.7 Nilai faktor tekuk untuk setiap batang yang akan ditinjau
Tabel 4.8 Rekapitulasi Tegangan Terberat di Setiap Modelnya
Tabel. 4.9. Rekapitulasi Tegangan Maksimum Pada Batang Skur
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Lokasi Pembangunan Hanggar
Gambar 1.2 Tampak Pasca Roboh Hanggar Bandara Sultan
Hasanuddin
Gambar 2.1 Kurva Hubungan Tegangan (f) vs Regangan (ε)
Gambar 2.2 Bagian Kurva Tegangan – Regangan yang Diperbesar
Gambar 2.3 Detail Rangka Kuda-Kuda pada salah satu ujungnya
Gambar 2.4 Tampak depan hanggar dengan keterangan panjang batang
Gambar 2.5 Bentuk kolom (a) kolom bulat tulangan spiral; (b) kolom
segi empat; (c) kolom komposit bulat tulangan spiral; (d)
kolom komposit segiempat.
Gambar 2.6. Window Define Material
Gambar 2.7 Sifat material Beton fbk 350 kg/cm²
Gambar 2.8 Sifat material Baja
Gambar 2.9 Sifat material Besi
Gambar 2.10 Window dari Modify Frame Section dengan satuan mm
untuk Baja IWF 400x200x8x13
Gambar 2.11 Window dari Modify Frame Section dengan satuan mm
untuk Baja IWF 600x200x13x23
Gambar 2.12 Window dari Modify Frame Section dengan satuan mm
untuk Besi Siku Double 150x150x15x15 Spasi 8,88
Gambar 2.13 Window dari Modify Frame Section dengan satuan mm
untuk Kolom Beton 180x90
Gambar 2.14 Memodelkan frame hanggar
Gambar 2.15 Memodelkan tumpuan hangar
Gambar 2.16 Mendefinisikan release partial fixity
Gambar 2.17 Hasil definisi release partial fixity
Gambar 2.18 Window Opsi Definisi Beban
Gambar 2.19 Window Beban Mati
Gambar 2.20 Window Beban Angin
Gambar 2.21 Window Beban Hidup Pekerja
Gambar 2.22 Window Beban Struktur itu Sendiri
Gambar 2.23 Window Kombinasi Pembebanan
Gambar 2.24 Beban Angin
Gambar 2.25 Beban Hidup (Beban Pekerja)
Gambar 2.26 Window analysis options
Gambar 2.27 Window Faktor Reduksi Kekuatan Material
Gambar 3.1 Profil Baja IWF
Gambar 3.2 Profil Siku Double
Gambar 3.3 Profil Kolom Beton
Gambar 3.4 Tampak 3D pemodelan hangar di salah satu bentangnya
Gambar 4.1 Tampak Depan Desain Struktur Hanggar
Gambar 4.2 Detail Desain Struktur Hanggar
Gambar 4.3 Keterangan Dimensi Profil dan Kolom
Gambar 4.4 Window Export Analysis Report untuk mendapatkan File
Excel Spreadsheet
Gambar 4.5 Sumbu Lokal Joint pada Struktur Hanggar dengan
tampilan x-z
Gambar 4.6 Sumbu Lokal Joint pada Struktur Hanggar dengan
tampilan 3d
Gambar 4.7 Lendutan Model 5 Kombinasi Pembebanan 1 dengan
Skala Displacement 100
Gambar 4.8 Petunjuk Arah Displacement pada Model 5 kombinasi
pembebanan satu pada joint 11 (Gambar panah pada
gambar hanya menjelaskan arah displacement)
Gambar 4.10 Petunjuk sumbu lokal pada frame terhadap sumbu global
dalam berbagai situasi
Gambar 4.11 Penggunaan sumbu lokal saat mendesain profil batang
yang akan dimodelkan.
Gambar 4.12 Diagram fill Gaya Aksial Model 5 Kombinasi 1
Gambar 4.13 Gambar Lokasi Terjadinya Beban Aksial Terberat
Gambar 4.14 Diagram Fill Gaya Geser Model 5 Kombinasi 1
Gambar 4.15 Kontur Momen Lentur Model 5 Kombinasi 1
Gambar 4.16 Gambar Lokasi Terjadinya Momen Lentur Terberat
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Perbandingan Lendutan Maksimum di tiap model
Grafik 4.2 Perbandingan Gaya Aksial di Batang Skur
Grafik 4.3 Perbandingan Gaya Aksial di Batang Memanjang Bawah
Grafik 4.4 Perbandingan Gaya Aksial di Batang Memanjang Atas
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah
Bangunan hanggar merupakan bangunan yang digunakan untuk mewadahi
kegiatan perawatan dan pemeliharaan pesawat terbang. Namun, terdapat beberapa
permasalahan yang disebabkan beberapa hal sehingga pembangunan hanggar pada
Bandara Internasional Sultan Hasanuddin di Makassar gagal karena roboh di
tengah-tengah pembangunan. Proses pembangunan telah sampai pada
pembangunan rangka struktur, yaitu kuda-kuda yang dipasang di atas dua kolom
persegi.
Perancangan atap dengan menggunakan kuda-kuda cukup digemari karena
perbandingan keringanan pada beban yang bisa ditahan kuda-kuda dan tidak
membutuhkan banyak perawatan setelah penginstalan. Kuda-kuda mempunyai ciri
khas memiliki batang-batang lurus yang saling menyambung pada sendi, yang
biasanya dinamakan sebagai titik buhul. Kuda-kuda biasanya terdiri dari bagan-
bagan segitiga karena kestabilan struktur bentuknya. Segitiga adalah geometri
tersimple yang tidak akan berubah bentuk ketika panjang sisi-sisinya dibetulkan.
Sebagai perbandingan, kedua sudut dan panjang dari figur segi empat harus
diubah bersama-sama agar figur tersebut tetap segi empat.
Awal dari semua bangunan bagaimanapun ukurannya, adalah perencanaan.
Salah satunya adalah perencanaan struktur. Perencanaan struktur dimulai dari
perhitungan beban yang bekerja hingga pemilihan material yang cocok digunakan
untuk pembangunan tersebut. Perhitungan beban ada banyak metode. Dari yang
paling simpel, Metode Statika. Ilmu yang bergantung dengan 3 persamaan
kesetimbangan. Hingga metode rumit seperti Metode Elemen Hingga (Finite
Element Method). Metode yang membagi materi yang terbebani menjadi
beberapa elemen-elemen yang akan dihitung berkesinambungan. Pemilihan
material yang sesuai juga memiliki metode tertentu dalam prosesnya. Seperti
desain profil beton, panjang bentang, luas tulangan hingga kontrol lentur dan
kontrol tekuk.
Proses perencanaan ini berkembang dari zaman ke zaman. Mulai dimana
semua hanya bergantung pada perhitungan di atas kertas dan memakan waktu,
sekarang bisa diselesaikan dengan proses perhitungan komputer melalui aplikasi-
aplikasi yang dikembangkan. Seperti “Structure Analysis Program” atau disingkat
SAP.
SAP adalah aplikasi analisis struktur yang telah berkembang sejak 30
tahun yang lalu. SAP adalah aplikasi yang didesain untuk keperluan pekerjaan
teknik pada permodelan jalan, jembatan, bangunan, rumah dan masih banyak
kemungkinan lainnya seperti yang akan penulis analisa pada kesempatan kali ini
yaitu hanggar. Aplikasi ini menggunakan Metode Elemen Hingga sebagai dasar
algoritma perhitungannya.
Metode Elemen Hingga adalah salah satu metode numerik yang paling
banyak dipakai di dunia engineering dan diajarkan di dunia. Metode ini berusaha
memecahkan persamaan dengan variable yang melebihi persamaan yang tersedia
(partial differencial equations) dan persamaan integrasi lainnya yang dihasilkan
diskritisasi benda kontinum. Meski berupa pendekatan, metode ini terkenal cukup
ampuh memecahkan struktur-struktur yang kompleks dalam analisis mekanika
benda padat. Biasanya matematikawan mencari closed form dalam setiap
perhitungan. Hanya saja karena sudah mentok, maka metode pendekatan dengan
memanfaatkan metode numerik inipun dikembangkan.
Pada kesempatan ini, penulis akan mencoba menganalisa penyebab
robohnya hanggar Bandara International Sultan Hasanuddin. Dengan bantuan
aplikasi SAP. Bandara tersebut roboh ketika pengerjaan bentang ke-11
dilaksanakan. Keadaan roboh hanggar adalah pilar pada bentang ke 9, 8, 7, 6 dan
5 roboh ke arah dalam hanggar dengan pondasi masih tertanam di tanah dan
hampir seluruh kuda-kuda bergeser dari posisi yang bisa disangga oleh batang
skur. Tanah dimana pilar-pilar itu dipasang dalam keadaan basah. Diduga oleh
pekerja lapangan, deformasi tanahlah yang menyebabkan robohnya hanggar
tersebut.
Gambar 1.1. Lokasi Pembangunan Hanggar
Gambar 1.2 Tampak Pasca Roboh Hanggar Bandara Sultan Hasanuddin
Dari uraian persoalan yang ada diatas, penulis ingin mencoba mengkaji
lebih jauh penyebab robohnya hanggar Bandara Internasional Hasanuddin dengan
mengangkat judul “Analisa Rangka Baja pada Hanggar menggunakan Finite
Element Method dengan Aplikasi SAP (Structure Analysis Program)”.
I.2 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Untuk menganalisa besar beban axial pada rangka batang hanggar serta
besar momen, gaya geser, dan lintang pada pilar hanggar menggunakan
SAP.
2. Untuk mengetahui kapabilitas material hanggar dalam menerima beban
yang terjadi pada struktur hanggar menggunakan SAP.
3. Untuk mengidentifikasi sebab rubuhnya hanggar tersebut.
I.3 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana kekuatan gaya yang diterima pada struktur?
2. Bagaimana potensi material dalam menerima beban pada struktur hanggar?
3. Bagaimana terjadinya gagal konstruksi pada hanggar saat konstruksi
sedang berjalan?
I.4 Batasan Masalah
Dalam memberikan penjelasan dari permasalahan guna memudahkan
dalam menganalisis, maka terdapat pembatasan masalah yang diberikan pada
penulisan tugas akhir mengenai Permodelan Rangka Baja pada Hanggar:
1. Penelitian ini dilakukan hanya menggunakan aplikasi SAP
2. Menggunakan berbagai macam model hangar, yang akan dijelaskan lebih
mendetail pada bab III sub-bab 3.3.3 Pengkodean Model.
3. Pondasi pada struktur pada segala model dianggap dapat menahan beban
apapun sesuai peruntukannya.
4. Design kolom beton pada struktur mengikuti perencanaan design kolom
pada shopdrawing.
5. Plat buhul pada struktur dianggap dapat menahan beban apapun.
6. Standar pembangunan mengacu pada Standar Nasional Indonesia atau
SNI.
7. Parameter pengujiannya yaitu secara simulasi dan parameter yang
dibutuhkan saja.
I.5 Sistematika Penulisan
Sistematika pembahasan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB I Pendahuluan
Berisi latar belakang identifikasi masalah, tujuan penulisan, pokok
masalah, rumusan masalah, batasan masalah, dan sistematika
penulisan.
BAB II Tinjauan Pustaka
Berisi memaparkan tentang kondisi terkini hanggar Bandara
Internasional Hasanuddin. Teori, konsep dasar tentang Metode Elemen
Hingga pada Struktur, serta teori dasar SAP.
BAB III Metodologi Penelitian
Berisi tahapan penelitian yang dilakukan dan pelaksanaan
pengumpulan data berdasarkan pada pendekatan teori yang diuraikan.
BAB IV Hasil dan Pembahasan
Berisi data yang diperoleh dari proses pengumpulan, yang selanjutnya
dilakukan pengolahan untuk kepentingan analisis yang menghasilkan
tingkat pengoptimalisasian studi.
BAB V Penutup
Berisi kesimpulan hasil penelitian dan saran berdasarkan pada hasil
analisis yang telah dilakukan dalam tugas akhir ini.
top related