perencanaan rangka atap baja ringan berdasarkan...
Post on 15-Jan-2020
32 Views
Preview:
TRANSCRIPT
PERENCANAAN RANGKA ATAP BAJA RINGAN
BERDASARKAN AUSTRALIAN/NEW ZEALAND STANDARD
( AS/NZS 4600:1996 )
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi tugas – tugas dan
memenuhi syarat untuk menempuh ujian sarjana teknik sipil
Disusun oleh :
04 0404 044
RAHMAT AMAN SANTOSO
BIDANG STUDI STRUKTUR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2011
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Produksi baja canai dingin di Indonesia semakin meningkat, umumnya
ditujukan pada konstruksi rangka atap baja ringan yang digunakan sebagai material alternatif selain kayu dan baja konvensional. Hal itu dikarenakan rangka atap jenis ini dianggap lebih ekonomis dan cepat dari segi perakitan. Meskipun demikian akibat ketiadaan peraturan tentang baja canai dingin maka banyak pelaksana di lapangan tidak terbiasa dengan proses perencanaan dan pelaksanaannya.
Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas proses perencanaan struktur rangka atap baja ringan (berupa struktur rangka kuda-kuda) berdasarkan Australian/ New Zealand Standard (AS/NZS 4600:1996), yang terdiri dari perencanaan pembebanan, analisis struktur, perencanaan batang tarik dan batang tekan dan perencanaan sambungan dengan sekrup kemudian dibandingkan dengan proses perencanaan struktur rangka atap baja konvensional berdasarkan SNI 03 – 1729 – 2002 “Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung”.
Pada aplikasi perhitungan dapat dilihat perbandingan berat struktur rangka atap baja ringan dengan rangka atap baja konvensional, dimana struktur rangka atap baja ringan dari segi berat lebih ekonomis 36,87 % dibanding rangka atap baja konvensional pada luas bentang 18 m x 38 m.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis sampaikan kehadirat ALLAH SWT atas karunia-
Nya memberikan pengetahuan, kekuatan, dan kesempatan kepada penulis
sehingga mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.
Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi tugas – tugas dan memenuhi
syarat untuk menempuh ujian sarjana pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah “Perencanaan
Rangka Atap Baja Ringan Berdasarkan Australian/New Zealand Standard
(AS/NZS 4600:1996)“.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan dan
bimbingan dari berbagai pihak. Bantuan berupa dukungan moril, material,
spiritual, maupun administrasi. Oleh karena itu, sudah layaknya penulis
mengucapkan banyak terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, Ketua Departemen Teknik Sipil,
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sekaligus Dosen Pembimbing
yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk
memberikan bimbingan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, Bapak Ir. Robert Panjaitan dan Bapak Ir.
Torang Sitorus, MT, selaku dosen pembanding yang telah memberikan
masukan dan arahan.
4. Bapak dan Ibu Dosen/Staf pengajar yang telah memberikan ilmu yang
bermanfaat selama penulis berkuliah di Departemen Teknik Sipil,
Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara.
5. Pegawai Adminitrasi Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas
Sumatra Utara.
Universitas Sumatera Utara
6. Kedua orang tua penulis yang tak pernah lelah berdoa, memberikan segala
yang terbaik dan kasih sayang yang tak berkesudahan, serta seluruh saudara-
saudara penulis semuanya.
7. Teman-teman seperjuangan, sahabat-sahabat, serta adik-adik
seperkuliahan yang telah banyak memberikan dorongan serta bantuan
dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
8. Serta pihak – pihak lain yang turut berperan serta dalam penyelesaian Tugas
Akhir ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu namanya.
Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini jauh dari sempurna
karena keterbatasan pengetahuan, pengalaman, dan referensi yang penulis
miliki. Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran demi perbaikan pada masa
mendatang.
Akhir kata, semoga Allah memberikan manfaat dan melimpahkan berkah
atas Tugas Akhir ini sehingga dapat berarti bagi ilmu pengetahuan dan
teknologi, khususnya pada bidang Tekni Sipil.
Medan, Maret 2011
NIM : 040404044
Rahmat Aman Santoso
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ................................................................................................... i
KATA PENGANTAR .................................................................................. ii
DAFTAR ISI ................................................................................................ iv
DAFTAR GAMBAR.................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ........................................................................................ x
DAFTAR NOTASI....................................................................................... xi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Umum ................................................................................... 1
1.2 Latar Belakang ...................................................................... 5
1.3 Maksud dan Tujuan ................................................................ 7
1.4 Pembatasan Masalah .............................................................. 7
1.5 Metode Pembahasan .............................................................. 9
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum ................................................................................... 10
2.1.1 Desain Struktur ............................................................. 12
2.1.2 Peraturan Baja di Berbagai Negara ................................. 13
2.1.3 Perbandingan Material Rangka Atap .............................. 14
2.1.4 Fenomena Khas Konstruksi Baja Canai Dingin .............. 18
2.1.5 Baja Struktural Cold Formed ......................................... 23
2.1.5.1 Baja yang Dapat Dipakai .................................... 23
2.1.5.2 Peningkatan Kekuatan Baja, Pengaruh dari
Cold-Forming .................................................. 25
2.1.5.3 Daktilitas ............................................................ 29
2.1.6 Desain Tegangan ........................................................... 31
2.2 Pembebanan .......................................................................... 35
2.2.1 Beban Mati .................................................................... 37
Universitas Sumatera Utara
2.2.2 Beban Hidup .................................................................. 40
2.2.3 Beban Angin .................................................................. 42
2.2.4 Beban Gempa................................................................. 42
2.2.5 Kombinasi Pembebanan ................................................. 43
2.3 Elemen Struktur Cold Formed Steel ....................................... 44
2.3.1 Batang Tarik .................................................................. 44
2.3.2 Batang Tekan ................................................................. 46
2.3.3 Luas Efektif (Ae) Elemen Tekan ..................................... 53
2.3.3.1 Lokasi Pengurangan Lebar Tampang ................... 53
2.3.3.2 Batas Dimensional .............................................. 56
2.3.3.3 Lebar Efektif Elemen Tekan Berpengaku ............. 57
2.3.3.4 Lebar Efektif Untuk Elemen Tekan Dengan
Pengaku Tepi .................................................... 58
2.4 Sambungan Sekrup ................................................................. 61
2.4.1 Umum............................................................................ 61
2.4.2 Sambungan Sekrup Untuk Menahan Geser ..................... 63
2.4.3 Sambungan Sekrup Untuk Menahan Tarik ..................... 67
2.4.4 Kekuatan Tarik Elemen Pada bagian Sambungan ............ 69
BAB III ANALISA STRUKTUR
3.1 Pemodelan Struktur Rangka Atap .......................................... 71
3.2 Material ................................................................................. 72
3.3 Pembebanan Dalam Pemodelan SAP ...................................... 73
3.3.1 Beban Mati .................................................................... 75
3.3.2 Beban Hidup .................................................................. 84
3.3.3 Beban Angin .................................................................. 85
3.3.4 Beban Hujan .................................................................. 87
3.4 Gaya Dalam Maksimum ........................................................ 89
Universitas Sumatera Utara
BAB IV PERENCANAAN STRUKTUR RANGKA ATAP
4.1 Pendahuluan ........................................................................... 91
4.2 Perencanaan Batang Tarik ...................................................... 91
4.2.1 Batang Tarik Bawah ....................................................... 91
4.2.2 Batang Tarik Web .......................................................... 93
4.3 Perencanaan Batang Tekan ..................................................... 95
4.3.1 Batang Tekan Atas ......................................................... 95
4.3.2 Batang Tekan Web ......................................................... 103
4.3.3 Batang Tekan Web Horizontal ........................................ 108
4.4 Desain Sambungan Rangka Atap ............................................ 116
4.4.1 Sambungan pada Joint 1 ................................................. 116
4.4.2 Sambungan pada joint 19 ................................................ 123
4.4.3 Sambungan pada joint 7.................................................. 129
BAB V PERENCANAAN STRUKTUR RANGKA ATAP DENGAN
BAJA KONVENSIONAL
5.1 Pemodelan Struktur Rangka Atap ........................................... 143
5.2 Material ................................................................................. 144
5.3 Perencanaan Gording ............................................................. 144
5.4 Analisa Struktur dengan SAP .................................................. 149
5.4.1 Beban Mati .................................................................... 149
5.4.2 Beban Hidup .................................................................. 155
5.4.3 Beban Angin .................................................................. 156
5.4.4 Beban Hujan .................................................................. 157
5.5 Gaya Dalam Maksimum ........................................................ 159
5.6 Perencanaan Struktur Rangka Atap.......................................... 162
5.6.1 Batang Tarik .................................................................. 162
5.6.2 Batang Tekan ................................................................. 164
5.7 Perencanaan Sambungan ......................................................... 170
Universitas Sumatera Utara
5.7.1 Batang Tarik .................................................................. 170
5.7.2 Batang Tekan ................................................................. 171
5.8 Perhitungan Berat Rangka Atap............................................... 173
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan ............................................................................ 176
6.2 Saran ...................................................................................... 177
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 178
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 : Profil baja konvensional dan profil baja ringan ...................... 2
Gambar 1.1 : Model rencana kuda-kuda ..................................................... 8
Gambar 2.1 : Tekuk Lokal pada Penampang Langsing ................................ 19
Gambar 2.2 : Konsep Lebar Efektif Penampang Cold-formed ..................... 21
Gambar 2.3 : Properti Baja Akibat Proses Dingin ....................................... 23
Gambar 2.4 : Pengaruh cold-work terhadap spesifikasi mekanis
penampang baja cold formed ................................................ 26
Gambar 2.5 : Pengaruh strain-hardening dan strain-ageing terhadap
spesifikasi mekanis tegangan-regangan ................................. 27
Gambar 2.6 : Kurva tegangan-regangan baja .............................................. 32
Gambar 2.7 : Single-symetric (monosymmetric) sections dan Doubly-
symetric sections .................................................................. 49
Gambar 2.8 : Point-symetric sections ......................................................... 51
Gambar 2.9 : Non-symetric (asymmetric) sections ...................................... 51
Gambar 2.10 : Elemen berpengaku dengan gaya tekan seragam .................... 54
Gambar 2.11 : Elemen dan web berpengaku dengan gaya tekan tidak
seragam ................................................................................ 54
Gambar 2.12 : Elemen tidak berpengaku dengan gaya tekan seragam............ 55
Gambar 2.13 : Elemen tidak berpengaku dengan tegangan tidak seragam ...... 55
Gambar 2.14 : Elemen dengan pengaku tepi Lip biasa .................................. 60
Gambar 2.15 : Self-drilling screw ................................................................ 62
Gambar 2.16 : Pembatasan jarak sekrup ...................................................... 64
Gambar 3.1 : Model portal 2D ................................................................... 71
Gambar 3.2 : Profil C ................................................................................ 72
Gambar 3.3 : Profil B atau Hat ................................................................... 72
Gambar 3.4 : Arah pembebanan pada kuda-kuda ........................................ 76
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.5 : Distribusi Beban mati (D) ..................................................... 77
Gambar 3.6 : Distribusi Beban hidup (L) .................................................... 85
Gambar 3.7 : Distribusi Beban angin kiri (Wkiri) ....................................... 86
Gambar 3.8 : Distribusi Beban angin kanan (Wkanan) ................................ 87
Gambar 3.9 : Distribusi Beban hujan (H) ................................................... 88
Gambar 4.1 : Model Kuda-Kuda Baja Ringan ............................................ 91
Gambar 4.2 : Luas Efektif (Ae) profil C ..................................................... 98
Gambar 4.3 : Joint dan batang Rangka Atap ............................................. 116
Gambar 4.4 : Sambungan pada Joint 1 ..................................................... 116
Gambar 4.5 : Detail pemasangan sekrup joint 1 ........................................ 122
Gambar 4.6 : Sambungan pada joint 19 .................................................... 123
Gambar 4.7 : Detail pemasangan sekrup pada joint 19 .............................. 128
Gambar 4.8 : Sambungan pada joint 7 ...................................................... 129
Gambar 4.9 : Detail pemasangan sekrup pada joint 7 ................................ 137
Gambar 5.1 : Model Kuda-Kuda Baja Konvensional ................................ 143
Gambar 5.2 : Pembebanan pada Gording.................................................. 145
Gambar 5.3 : Distribusi Beban mati (D) ................................................... 150
Gambar 5.4 : Distribusi Beban hidup (L) .................................................. 155
Gambar 5.5 : Distribusi Beban angin kiri (Wkiri) ..................................... 157
Gambar 5.6 : Distribusi Beban angin kanan (Wkanan) .............................. 157
Gambar 5.7 : Distribusi Beban hujan (H) ................................................. 157
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 : Perbandingan konfigurasi material baja konvensional
dengan baja ringan ................................................................ 4
Tabel 2.1 : Standar Perencanaan Baja di berbagai Negara........................ 14
Tabel 2.2 : Kekuatan Mnimum Baja Ringan Berdasarkan AS 1163,
AS 1397, AS 1594, AS 1595 dan AS/NZS 3678 ..................... 34
Tabel 2.3 : Nilai faktor koreksi kt ........................................................... 46
Tabel 2.4 : Menentukan koefisien tekuk pelat (k) .................................... 59
Tabel 2.5 : Diameter Nominal Sekrup ..................................................... 63
Tabel 2.6 : Kuat tarik aksial minimum untuk sekrup self-drilling ............. 69
Tabel 3.1 : Rekapitulasi Beban Mati ....................................................... 84
Tabel 3.2 : Gaya dalam maksimum ......................................................... 89
Tabel 4.1 : Rekapitulasi Perencanaan Rangka Batang............................ 115
Tabel 4.2 : Desain Sambungan ............................................................. 138
Tabel 5.1 : Kombinasi Gaya Dalam pada Gording ................................ 147
Tabel 5.2 : Rekapitulasi Beban Mati ..................................................... 155
Tabel 5.3 : Gaya Dalam Maksimum pada Rangka Batang ..................... 160
Tabel 5.4 : Rekapitulasi Perencanaan Rangka Batang............................ 169
Tabel 5.5 : Berat struktur rangka atap baja ringan (cold formed steel) .... 173
Tabel 5.6 : Berat struktur rangka atap baja konvensional (hot rolled
steel) .................................................................................. 174
Tabel 5.6 : Perbandingan Berat Struktur Rangka Atap ........................... 174
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI b lebar dari elemen tidak termasuk bagian melingkar
b2 lebar elemen yang memiliki pengaku pada bagian tengah, tidak termasuk
bagian melingkar
be lebar efektif suatu bagian penampang
c koefisien pengali untuk lebar efektif penampang
d dimensi pengaku
db diameter baut
df diameter sekrup
ds reduksi lebar efektif dari pengaku
dsc lebar efektif dari pengaku
fn f kritis
foc nilai dari tegangan yang nilainya bervariasi sesuai dengan proses yang
diterima oleh bagian struktur yang ditinjau
fy tegangan leleh penampang
fya rata-rata tegangan leleh desain dari baja berpenampang utuh dari elemen
tekan
fyc rata-rata tegangan leleh tarik dari penampang tertekuk
fyf rata-rata tegangan leleh tarik lembaran
fyv tegangan leleh tarik dari penampang yang belum dibentuk secara cold
form
fu tegangan fraktur penampang
fuv kuat tarik dari penampang yang belum dibentuk secara cold form
fu1 kekuatan tarik ultimate dari penampang yang menempel dengan bagian
kepala sekrup
fu2 kekuatan tarik ultimate dari penampang yang tidak menempel dengan
bagian kepala sekrup
Universitas Sumatera Utara
f* tegangan desain dari elemen tekan berdasarkan lebar efektif, diambil
sama dengan nilai fy
kt faktor koreksi akibat distribusi dari gaya yang bekerja
l panjang tak terkekang
le bentang efektif dari bagian struktur yang ditinjau
m konstanta yang bernilai
r rasio tahanan - beban kombinasi aksial dan momen
rf rasio dari gaya yang disalurkan oleh sekrup pada luasan penampang yang
ditinjau dibagi dengan kekuatan tarik yang ada pada luasan penampang
tersebut.
ri radius girasi penampang
sf jarak antar baut tegak lurus dengan garis gaya
t ketebalan penampang
t1 ketebalan dari penampang yang menempel dengan bagian kepala sekrup
t2 ketebalan dari penampang yang tidak menempel dengan bagian kepala
sekrup
x0 pusat geser arah x
y0 pusat geser arah y
A luas area dari penampang
Ae luas efektif dalam keadaan leleh
Ag luas kotor dari penampang
An luas bersih dari penampang
As luas area reduksi pengaku
Asc luas area efektif dari pengaku
BBc konstanta yang bernilai
Cr rasio luas area tertekuk terhadap luas penampang total
Universitas Sumatera Utara
Cb koefisien amplifikasi momen
Cm koefisien momen
D beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk
dinding , lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan
tetap
E modulus young
Et tangen modulus
F rasio dari rata-rata terhadap spesifikasi penampang
Fpr proportional limit
G modulus geser
H beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan oleh genangan air
E beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03-1726-1989, atau
penggantinya
Ia second moment yang dibutuhkan di daerah pengaku, sehingga setiap
komponen elemen bertindak sebagai elemen pengaku
Ib second moment dari daerah dengan luas penampang tak tereduksi
Is second moment dari daerah dengan pengaku utuh di sekitar sumbu
sentroid parallel terhadap elemen yang harus diperkaku
Iw nilai kelengkungan untuk luas penampang
J nilai torsi untuk luas penampang
K koefisien tekuk
L beban hidup yang ditumbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut,
tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-lain
La beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja,
peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan
benda bergerak
M rasio dari rata-rata terhadap spesifikasi nominal material
Nc kapasitas nominal member tekan
Universitas Sumatera Utara
Ns kapasitas nominal penampang tekan
Nt* kekuatan tarik desain
N* kuat ultimit aksial desain
Nt kekuatan nominal tarik
V koefisien variasi
Vb kekuatan geser dari penampang dimana terdapat sistem sambungan
W beban angin
X tinggi penampang
Zc modulus penampang efektif
Zf modulus penampang efektif tak tereduksi
α sudut kemiringan atap
αnx faktor amplifikasi momen
β reliability index
βo reliability target
δ deformasi
ε regangan
γL koefisien pengali kombinasi beban hidup
ρ faktor lebar efektif
λ angka kelangsingan
σ tegangan
Ф faktor kapasitas
Фb faktor reduksi untuk kekuatan lentur
Фc faktor reduksi untuk kekuatan tekan
Фt faktor reduksi untuk kekuatan tarik
Universitas Sumatera Utara
top related