analisa dan design runway beam pada hoist crane …

ANALISA DAN DESIGN RUNWAY BEAM PADA HOIST CRANE DALAM

BANGUNAN INDUSTRI

TUGAS AKHIR

Disusun oleh :

HENDRY GUNAWAN

11 0404 047

Dosen Pembimbing :

Ir.Daniel Rumbi Teruna, M.T.

NIP 19480206 198003 1003

SUB JURUSAN STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKIK

UNIVERSITAS SUMATRA UTARA

MEDAN

2018

Universitas Sumatera Utara

i

ANALISA DAN DESIGN RUNWAY BEAM PADA HOIST

CRANE DALAM BANGUNAN INDUSTRI

ABSTRAK

Masalah pengangkatan terutama untuk beban-beban berat merupakan masalah yang

telah ada sejak lahirnya manusia.Seiring dengan berkembangnya zaman maka diciptakan

jenis peralatan yang membantu dalam memindakan barang misalnya crane.namun bagaimana

pun juga kebutuhan manusia tidak akan ada habisnya sehingga semakin lama beban yang

dipikul oleh crane pun semakin beratPada pembuatan crane indoor khususnya hoist crane

sering dihiraukan design runway beam dan lebih terfokus pada design bridge beam sehingga

mengakibatkan banyak terjadinya kegagalan pada runway beam yang disebabkan terjadinya

lateral torsional buckling pada runway beamTugas akhir ini bertujuan untuk membahas

mengenai analisis buckling yang terjadi pada runway beam dengan profil yang berbeda

kemudian hasil yang didapat akan dievaluasi dan diambil design profil yang paling

ekonomis.Hasil analisis menunjukkan bahwa pada bentang runway beam 29 m profil I

dengan sistem truss merupakan profil yang paling ekonomis untuk digunakan serta tahan

terhadap lateral torsional buckling

Kata Kunci: crane,runway beam,bridge beam,lateral torsional buckling


ii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan

berkat-Nya hingga selesainya tugas akhir ini dengan judul “Analisis dan Design

Hoist Crane Pada Bangunan Industri”.Tugas akhir ini disusun untuk diajukan

sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam ujian sarjana Teknik Sipil

bidang Studi Struktur pada Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas

Sumatera Utara (USU).

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih memiliki banyak

kekurangan.Hal ini disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya

pemahaman penulis.Dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis menerima

saran kritik Bapak dan Ibu dosen serta rekan mahasiswa demi penyempurnaan

tugas akhir ini.

Penulis juga menyadari bahwa selesainya tugas akhir ini tidak lepas dari

bimbingan, dukungan dan bantuan semua pihak. Untuk itu, pada kesempatan ini

penulis ingin mengucapkan ucapan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, M.T., Ph.D, IP-U, selaku pembimbing yang

telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam memberikan

bimbingan yang tiada hentinya kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir

ini.


iii

2. Bapak Medis Sejahtera Surbakti, S.T, M.T., selaku ketua departemen Teknik

Sipil Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Andy Putra Rambe MBA, selaku sekretaris departemen Teknik Sipil

Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Prof.Dr.Ing Johannes Tarigan, M.T. &Ibu Rahmi Karolina, S.T., M.T.,

selaku pembanding yang telah meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam

memberikan masukkan-masukkan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas

akhir ini.

5. Teristimewa kepada kedua Orang Tua penulis, yang telah mendukung,

menyemangati serta mendoakan penulis di setiap kegiatan akademis penulis.

6. Teman seangkatan 2011 khususnya Hendrik Wijaya ST yang telah memberikan

kontribusi besar kepada penulis dalam hal memberikan semangat dan arahan

hingga selesainya tugas akhir ini.

7. Teman-teman jurusan Teknik Sipil, terutama teman-teman seangkatan 2011

yang senantiasa membantu dikala penulis menemui kendala, abang/ kakak

stambuk 2008,2009 dan 2010 serta adik-adik angkatan 2012 sampai 2016 terima

kasih atas dukungan dan informasi mengenai kegiatan sipil selama ini.

8. Para pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik USU atas

ketersediannya untuk mengurus administrasi Tugas akhir ini.


iv

9. Berbagai pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu. Terima kasih

untuk semuanya.

Medan, Januari 2018

Penulis

Hendry Gunawan

11 0404 047


v

DAFTAR ISI

ABSTRAK. i

KATA PENGANTAR ii

DAFTAR ISI v

DAFTAR TABEL ix

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR NOTASI xiii

BAB 1 PENDAHULUAN 1

1.1. LatarBelakang 1

1.2 Perumusan Masalah 7

1.3 MaksuddanTujuan 9

1.4. PembatasanMasalah 10

1.5. MetodePenelitian 10

1.6. SistematikaPembahasan 11

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 13

2.1. TinjauanPustaka 13

2.1.1. PerencanaanKonstruksi 14

2.1.2. ProsedurPerencanaan 15

2.1.3. Sifat Baja sebagai Material Konstruksi 15

2.1.3.1. KekuatanTinggi 15

2.1.3.2. Permanen 16

2.1.3.3. Elastisitas 16

2.1.3.4. Daktalitas 17

2.1.3.5. Keseragaman 17

2.1.4. KelebihandanKelemahan Baja sebagai Material Konstruksi 17

2.1.5. Diagram Tegangan – Regangan 18

2.1.6. Sifat-sifatMekanis Baja Struktural 20

2.1.6.1. TeganganPutus(ultimate stress) 20

2.1.6.2. Teganganleleh (yielding stress) 20

2.1.6.3. Sifat-sifatMekanisLainnya 21

2.1.7. Baja Sturktural yang UmumDigunakan. 24

2.1.7.1. Profil Baja Wide Flange (WF) 25


vi

2.1.7.2. Profil BajaKanal C (CNP) 26

2.2. MetodePerencanaanKonstruksi Baja 28

2.2.1 Metode ASD (Allowable Stress Design) 28

2.2.2 Metode LRFD (Load Resistance Factor Design) . 29

2.3. PerencanaanStruktur Baja 30

2.3.1. RasioLebar-TebaldanKlasifikasinya 30

2.3.2. PerencanaanBalokLentur 31

2.3.3. PengaruhTekuk Lateral denganPerbedaanLokasiPembebanan 35

BAB III METODE PENELITIAN 37

3.1. Pendahuluan 39

3.2. Data Desain 39

3.2.1. PerencanaanUmum 39

3.2.2. Beban-Beban yang Bekerja 40

3.2.2.1. BebanMati 40

3.2.2.2. BebanHidup 42

3.2.3. KombinasiPembebanan 42

3.2.4. KombinasiPembebananPada Crane 43

3.2.4.1. Gaya ImpakVertikal 43

3.2.4.2. Gaya Lateral 44

3.3. Perhitungan Manual Menggunakan Parameter SNI 1729-2015danPeraturan yang

Berkaitan 45

3.3.1. Detail Perencanaan 45

3.3.2. Batas-batasLendutan. 45

3.3.3. KuatLentur Nominal Penampang 46

3.3.3.1. Kuat Nominal padaKomponenStrukturI kompak 46

3.3.3.2. Kuat Nominal pada Komponen Struktur Berbentuk

Persegi atau Persegi Panjang 48

3.3.4. FaktorKelangsingan 49

3.3.4.1. Faktorkelangsinganmemikul tekan aksial 49

3.3.4.2. Faktorkelangsingan memikul Lentur 51


vii

BAB IV PERENCANAAN STRUKTUR 54

4.1. GeometriStruktur 54

4.2. Data Material 55

4.3. Pembebanan\ 55

4.4. Perencanaan Gording 55

4.5. PerencanaanBalok Hoist Crane 61

4.6. PerencanaanBalok Console 65

4.7. Analisa Struktur Balok atap dan Kolom 66

4.8. Design Struktur Balok Atap(Rafter) 70

4.9. Design Struktur Kolom 72

BAB V DESIGN RUNWAY BEAM 75

5.1. Bentuk Runway beam 75

5.2. Pembebanan pada runway beam 77

5.3 Desain Profil WF 79

5.3.1 Properti Penampang 79

5.3.2 Perhitungan Kuat Nominal Penampang 80

5.3.3 Kontrol terhadap Lendutan 82

5.4 Desain Profil WF dengan channel cap 83

5.4.1 Properti Penampang . 83


5.4.3 Kontrol terhadap Lendutan 89

5.5 Desain Profil dengan Truss 90

5.5.1 Geometri Sistem Truss 90

5.5.2 Properti Penampang Balok 90


5.5.3 Dimensi Sistem Truss 92

5.5.3 Kontrol Lendutan 93

5.6 Perbandingan Ekonomi Tiap Tipe Runway Beam 94


viii

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 95

5.1. Kesimpulan 95

5.2. Saran 96

DAFTAR PUSTAKA


ix

DAFTAR TABEL

Nomor Tabel Judul Halaman

2-1 Sifat Mekanis Baja Struktural 22

2-2 Nilai Koefisien Muai Logam 24

3-1 Berat Jenis Konstruksi 41

3-2 Beban Hidup menurut Kegunaan 42

3-3 Gaya Impak Tambahan 44

3-4 Batas Lendutan Maksimum 45

3-5 Faktor Kelangsingan Terhadap Tekan Aksial 50

3-6 Faktor Kelangsingan Terhadap Lentur 52

4-1 Analisa Struktur Pada balok atap dan kolom 69

5-1 Perhitungan Titik berat profi built up 84

5-2 Perhitungan Properti Penampang ekuivalen 85

5.3 Perbandingan berat besi tipe runway beam 94


x

Daftar Gambar

Nomor Gambar Judul Halaman

1.1 Hoist Crane 1

1.2 Gerakan hoist crane 5

1.3 Jalur lintasan hoist crane 6

1.4 Profil baja yang ditinjau 8

2.1 Batang yang Diberikan Beban Aksial dan Grafik Hubungan Antara

Beban yang Diberikan dengan Perpendekan yang Terjadi 18

2.2 Gambar Hubungan Tegangan – Regangan Baja 19

2.3 Hubungan Modulus Elastisitas dengan Tegangan – Regangan 19

2.4 Standar Tipe Penampang Profil Baja 21

2.5 Penampang I- WF Built Up 25

2.6 Bentuk Penampang Profil C dengan dan Tanpa Perkuatan 26

2.7 Nilai DPN pada Cold Forming Profil C 27

2.8 Efek Lokasi Pembebanan 29

2.9 Pertambatan Lateral ( ) 34

2.10 Kondisi Batas Balok Lentur 34

2.14 Efek Lokasi Pembebanan 35

2.12 nilai C2 36

3.1 Perencanaan Runway Beam menggunakan Profil I 37

3.2 Perencanaan Runway Beam menggunakan Profil I Channel cap 38

3.3 Perencanaan Runway Beam menggunakan Rangka Baja 38

3.4 Perencanaan Dimensi Bangunan 39

4.1 Portal Baja 54

4.2 Perencaan Balok hoist crane 61

4.3 Gaya Ultimit pada balok hoist crane 62

4.4 Perencanaan Console 65

4.5 Perencanaan Atap dan Kolom 65

5.1 Gambar Profil yang digunakan 76

5.2 Gambar Konfigurasi sistem crane 77

5.3 Gaya –gaya yang terjadi pada runway beam 78

5.4 Pusat geser penampang ekuivalen 86


xi

5.5 Konfigurasi rumway beam dengan Truss 90

5.6 Model sistem rangka ( Beban mati ) 92

2.8 Model sistem rangka ( Beban hidup ) 92


xiii

DAFTAR NOTASI

Fy Mutu Baja

L Panjang bentang

Ix Momen inersia terhadap sumbu x

Iy Momen inersia terhadap sumbu y

H tebal atau tinggi komponen struktur

Mn Momen Nominal

E Modulus Elastisitas Baja

Λ Kelangsingan Penampang

T Torsional Stress

J Konstanta Torsi

G Modulus Geser

LL Beban hidup

DL Beban Mati

t tebal flens

b lebar flens

tw tebal badan

hw tinggi badan

P Beban yang dipikul

A Luas Profil

Cw Torsi Warping


xiv

α koefisien pemuaian

Tegangan Terjadi

Tegangan Izin

Lendutan

B Lebar profil

be Lebar efektif

G Modulus geser.

H beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air

H Tinggi profil

Ix Inersia sumbu x

Iy Inersia Sumbu y

J Konstanta torsi

regangan geser

γbaja Massa jenis baja

L Panjang bentang

Panjang bentang antara 2 pengekang yang berdekatan

LR beban hidup di atap

Mmax Momen maksimum pada bentang yang ditinjau.

Ø Faktor reduksi (tahanan)


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Perkembangan teknologi sekarang telah banyak menghasilkan kreasi yang bertujuan untuk

memudahkan pekerjaan manusia,serta dapat meningkatkan kualitan dan kuantitas produksi.

Terutama untuk bagian konstruksi dan industry yang dikenal dengan suatu alat yang dinamakan

crane.Crane sangat dibutuhkan untuk mengangkat serta memindahkan suatu barang dari satu

tempat ke tempat lainnya.Crane adalah gabungan mekanisme pengangkat secara terpisah dengan

rangka untuk mengangkat atau sekaligus mengangkat dan memindahkan muatan yang dpat

digantungkan secara bebas atau diikatkan pada crane

Crane merupakan salah satu pesawat pengangkat dan pemindah material yang banyak di

gunakan.Crane juga merupakan mesin alat berat (heavy equitment) yang memilki bentuk dan

kemampuan angkat yang besar dan mampu berputar hingga 360 derajat dan jangkauan hingga

puluhan meter.Crane biasanya digunakan dalam pekerjaan pekerjaan proyek, pelabuhan,

perbengkelan,industri, pergudangan dll.

Sumber: http://suryapatrialift.com/2016/09/02/jual-hoist-crane-malang-blitar-kediri/

Gambar 1.1 Hoist crane


http://suryapatrialift.com/2016/09/02/jual-hoist-crane-malang-blitar-kediri/

2

Pada penelitian ini yang akan diobservasi adalah hoist crane yang digunakan pada

bangunan-bangunan industry.Pada zaman dulu terutama di tempat industry alat-alat berat,barang-

barang yang penting atau pun proses produksi perpindahannya masih menggunakan tangan

sehingga sangat tidaklah ekonomis dalam hal tenaga maupun waktu sehingga perlu digunakan

alat yang memudah kan perpindahan barang yaituHoist Crane, Hoist Crane adalah salah satu dari

jenis pesawat angkat yang banyak dipakai sebagai alat pengangkat dan pengangkut pada daerah-

daerah industri, pabrik, maupun bengkel. Pesawat angkat ini dilengkapi dengan roda dan lintasan

rel agar dapat bergerak maju dan mundur sebagai penunjang proses kerjanya. Crane Hoist

digunakan dalam proses pengangkatan muatan dengan berat ringan hingga muatan dengan berat

medium. Crane Hoist biasa digunakan untuk pengangkatan dan pengangkutan muatan di dalam

ruangan.Letak Crane Hoist berada di atas, dekat dengan atap ruangan.Hoist Crane saat ini

memang sangat dibutuhkan dalam berbagai industri, Hoist Crane terbukti dapat meningkatkan

efektifitas kinerja perusahaan yang akhirnya akan mendatangkan profit untuk masa yang akan

datang


3

Cara Kerja hoist crane Crane..ini dibagi atas 3 gerakan, yaitu :

1. Gerakan naik/turun

2. Gerakan Transversal.

3. Gerakan Longitudinal

1.Gerakan Hoist (Naik/Turun).

Gerakan ini adalah gerakan naik/ turun beban yang telah dipasang pada kait diangkat atau

diturunkan dengan menggunakan drum, dalam hal ini putaran drum disesuaikan dengan drum

yang sudah direncanakan. Drum digerakkan oleh motor listrik dan gerakan drum, dihentikan

dengan rem sehingga beban tidak akan naik atau turun setelah posisi yang ditentukan sesuai

dengan yang direncanakan.

(a)

2.Gerakan Transversal.

Gerakan ini adalah berpindah arah melintang. Untuk gerakan tersebut

diperlukan motor troli, dimana motor troli ini akan bergerak pada gelagar utama.


4

Jarak pemindahan bahan dapat diatur sesuai yang diinginkan. Rem pengontrol

dipasang pada poros motor dan bekerja menurut prinsip elektromagnet.

(b)

3.Gerakan Longitudinal.

Gerakan ini adalah gerakan memanjang (longitudinal) disepanjang rel yang terdapat

dilokasi dimana portal crane berada. Gerakan ini diperoleh dengan pemakaian motor ke roda

jalan.

(c)

Gambar1.2 (a) Gerakan Naik/Turun,(b)Gerakan Transversal,(c)Gerakan Longitudinal


5

Jenis – Jenis Pesawat Angkat. Pesawat angkat hoisting crane terdiri dari beberapa jenis,

antara lain:

1. .

(a)

Jenis ini mempunyai empat buah roda gantung yang berjalan, yang masingmasing

pada bagian dalam rel. Jenis ini dioperasikan untuk beban ringan dengan penggerak

tangan atau pengerak listrik.

2. .

(b)

Jenis ini berjalan diatas dua buah rel, bobot jenis ini kira-kira diatas 550 ton. Jika

dioperasikan selama kurang dari 25% dari waktu kerja, maka dianjurkan memakai motor


6

listrik, untuk beban diatas 10 ton selalu dipakai rem jalan untuk beban-beban yang lebih

kecil berlaku hal yang sama.

Gambar1.3 (a)Hoisting Crane dengan Lintasan Atas Berpalang Tunggal

(b) Hoisting Crane dengan Lintasan Atas Berpalang Ganda

Sering kali dalam pemasangan hoist crane banyak dihiraukan gaya –gaya yang terjadi pada

crane sehingga setelah beberapa tahun crane digunakan, terjadinya keruntuhan crane akibat

buckling. oleh karena itu dalam penelitian ini saya akan memfokuskan pada analisis gaya –gaya

yang terjadi pada hoist crane sehingga dapat dihasilkan design hoist crane yang optimal terhadap

macam-macam bentang/runway beam yang dapat menahan lateral torsional buckling


7

Dalam penelitian yang dilakukan oleh Prakash M Mohite dalam jurnal nya yang berjudul

“Buckling analysis of Cold Formed Steel” for Beams menyimpulkan bahwa total beban yang

dipikul oleh sebuah profil proporsional terhadap gaya lateral torsional yang terjadi

Penelitian yang dilakukan olehH.R.Kochar dalam jurnal nya yang berjudul “Lateral-

Torsional Buckling of Steel Beam” menyimpulkan bahwa Torsi yang terjadi pada sebuah

bangunan itu sangat fatal dan harus diperhitungkan berdasarkan bentuk profil dan total beban

yang dipikul

Penelitian yang dilakukan oleh Dongxiao Wu P. Eng dalam jurnal nya yang berjudul

“Crane Load and Crane Runway Beam” mengatakan bahwa selain gaya lateral,gaya horizontal

juga sangat mempengaruhi total beban yang dipikul oleh crane

Penelitian yang dilakukan oleh A.Y.T dalam jurnal nya yang berjudul “Exact dynamic

stiffness for axial-torsional buckling of structural frames” mengatakan bahwa dalam menghitung

axial torsional buckling ,dynamic stiffness juga sangat berpengaruh


8

1.2. PERUMUSAN MASALAH

Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah bagaimana cara untuk

menhitung /menganalisis terjadinya buckling.sewaktu crane mengangkat beban yang sangat berat

sangat memungkinkan terjadinya lateral trosional buckling di bagian runway beam yang memikul

bridge beam akibatnya runway beam akan mengalami keruntuhan

Oleh sebab itu,di dalam tugas akhir ini akan dibahas suatu gudang dengan crane dan beban

yang telah ditentukan dianalis untuk mengetahui perhitungan buckling dan juga ukuran – ukuran

profil yang paling sesuai dan eknomis

Adapun profil yang digunakan dalam tugas akhir ini berupa 3 macam profil yaitu :

(a)


9

(b)

(c)

Gambar 1.3.Profil bangunan yang ditinjau (a)Profil IWF, (b)Profil IWF dengan channel cap

dan (c) Sistem Truss


10

1.3. MAKSUD DAN TUJUAN

Maksud dan tujuan daripada penulisan tugas akhir ini adalah :

1. untuk melakukan analisis terhadap buckling yang dialami oleh tiap profil sehingga

menghasilkan suatu bobot

2. bobot yang dihasilkan akan membantu penulis dalam mendesign runway beam sehinga

dihasilkan bangunan yang lebih ekonomis

1.4. PEMBATASAN MASALAH

Pembatasan masalah yang diambil dari pengerjaan tugas akhir ini adalah sebagai

berikut:

1. Profil yang ditinjau hanya 3 model yakni profil IWF ,profil I dengan channel cap dan

profil I dengan bantuan Truss

2.Panjang runway beam yang akan dipakai.adalah 6m

3. Perhitungan pembebanan dengan sni pembebanan 2013

4. SNI baja yang dipakai adalah SNI 2015

5.Mutu baja yang digunakan adalah 240 Mpa

6.Profil Baja yang digunakan adalah portal garuda.

7.Beban crane yang digunakan sebesar 2,5 ton

8 Panjang Bridge Beam yang digunakan sepanjang 29 m


11

1.5. METODE PENELITIAN

Dalam penulisan tugas akhir ini, metode penulisan yang digunakan oleh penulis adalah

dengan mengumpulkan teori-teori dan rumus-rumus yang dibutuhkan untuk melakukan analisa

melalui beberapa sumber antara lain: text book (buku-buku yang berkaitan dengan tugas akhir

ini), jurnal-jurnal, standar-standar yang berkaitan dengan tugas akhir ini dan sebagainya.

Kemudian, analisa dilakukan berdasarkan dengan teori-teori dan rumus-rumus yang telah

dikumpulkan. Dalam melakukan analisa tersebut, penulis akan menggunakan bantuan perangkat

lunak (software) SAP2000 untuk membantu perhitungan analisis.

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN

Gambaran garis besar penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Terdiri dari latar belakang,studi literatur,perumusan masalah,maksud dan

tujuan,pembatasan masalah,metodologi penelitian dan sistematika penulisan.

BAB 2 : TINJAUAN PUSTAKA

Berisi tentang penjelasan umum,teori-teori yang berkaitan dan mendukung

penelitian tentang tugas akhir dan juga aplikasi lapangan.

BAB 3 : METODE PENELITIAN

Berisi tata cara perhitungan dan analisa yang dilakukan di penelitian ini.

BAB 4 : HASIL DAN PEMBAHASAN

Berisi tentang hasil analisa dan perhitungan lalu perbandingan hasil penelitian

tugas akhir.


12

BAB 5 : KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi kesimpulan dan saran dalam tugas akhir ini.


13

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Pustaka

Baja adalah bahan dasar vital untuk industri.Semua segmen kehidupan,mulai dari peralatan

dapur,transportasi,generator pembangkit listrik,sampai kerangka gedung dan jembatan

menggunakan baja.Eksploitasi besi baja menduduki peringkat pertama di antara barang

tambang logam dan produknya melingkupi hampir 95 persen dari produk barang berbahan

logam

Baja adalah logam paduan, logam besi sebagai unsur dasar dengan beberapa

elemen lainnya, termasuk karbon. Kandungan unsur karbon dalam baja berkisar antara

0.2% hingga 2.1% berat sesuai grade-nya. Elemen berikut ini selalu ada dalam baja: karbon,

mangan, fosfor, sulfur, silikon, dan sebagian kecil oksigen, nitrogen dan aluminium. Selain

itu, ada elemen lain yang ditambahkan untuk membedakan karakteristik antara beberapa

jenis baja diantaranya: mangan, nikel, krom, molybdenum, boron, titanium, vanadium dan

niobium(Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas).


https://id.wikipedia.org/wiki/Logam

https://id.wikipedia.org/wiki/Besi

https://id.wikipedia.org/wiki/Karbon

https://id.wikipedia.org/wiki/Mangan

https://id.wikipedia.org/wiki/Fosfor

https://id.wikipedia.org/wiki/Sulfur

https://id.wikipedia.org/wiki/Silikon

https://id.wikipedia.org/wiki/Oksigen

https://id.wikipedia.org/wiki/Nitrogen

https://id.wikipedia.org/wiki/Aluminium

https://id.wikipedia.org/wiki/Nikel

https://id.wikipedia.org/wiki/Krom

https://id.wikipedia.org/wiki/Molybdenum

https://id.wikipedia.org/wiki/Boron

https://id.wikipedia.org/wiki/Titanium

https://id.wikipedia.org/wiki/Vanadium

https://id.wikipedia.org/wiki/Niobium

14

2.1.1. Perencanaan Konstruksi

Perencanaan (desain) konstruksi dapat didefenisikan sebagai perpaduan antara seni (artistik

/ keindahan) dan ilmu pengetahuan (science) untuk menghasilkan suatu struktur yang aman

dan ekonomis serta memenuhi fungsi tertentu dan persyaratan estetika. Untuk mencapai

tujuan ini, seorang perencana harus mempunyai pengetahuan yang baik tentang sifat – sifat

fisis material; sifat – sifat mekanis material; analisa struktur dan hubungan antara fungsi

rancangan dan fungsi struktur.

Perencanaan (desain) konstruksi harus memiliki kekuatan dan ketahanan yang

cukup, sehingga dapat berfungsi selama umur layanan. Desain harus menyediakan

cadangan kekuatan untuk menanggung beban layanan, terutama terhadap kemungkinan

kelebihan beban. Kelebihan beban dapat terjadi akibat perubahan fungsi struktur ataupun

rendahnya taksiran atas efek-efek beban karena penyerderhanaan yang berlebih dalam

analisis structural. Perencanaan sebuah profil baja mungkin saja memiliki tegangan leleh

dibawah nilai minimum yang dispesifikasikan, namun masih dalam batas batas statistik

yang masih dapat diterima.

Dengan kata lain, Tujuan dari perencanaan struktur adalah untuk menghasilkan

suatu struktur yang stabil, cukup kuat, awet, stabil, dan memenuhi tujuan-tujuan lainnya

seperti ekonomi dan kemudahan pelaksanaan.Suatu struktur disebut stabil bila ia tidak

mudah terguling, miring, atau tergeser, selama umur bangunan yang direncanakan.


15

2.1.2 Prosedur Perencanaan

Prosedur perencanaan / desain terdiri dari beberapa langkah utama, yaitu :

1. Pemilihan tipe dan rancangan struktur.

2. Penentuan besarnya beban – beban yang bekerja pada struktur

3. Menentukan gaya – gaya dalam dan momen yang terjadi pada struktur.

4..Pemilihan komponen – komponen struktur beserta sambungannya yang memenuhi

kriteria kekuatan, kekakuan dan ekonomis.

5. Pemeriksaan ketahanan struktur akibat beban kerja.

6. Perbaikan akhir.

2.1.3. Sifat Baja Sebagai Material Konstruksi

Penggunaan baja sebagai bahan struktur utama dimulai pada akhir abad kesembilan

belas ketika metode pengolahan baja yang murah dikembangkan dengan skala yang luas.

Baja merupakan bahan yang mempunyai sifatstruktur yang baik. Baja mempunyai kekuatan

yang tinggi dan sama kuat pada kekuatan tarik maupun tekan dan oleh karena itu baja

adalah elemen struktur yang memiliki batasan sempurna yang akan menahan beban jenis

tarik aksial, tekan aksial, dan lentur dengan fasilitas yang hampir sama.

Sifat yang dimiliki baja yaitu kekakuannya dalam berbagai macam keadaan

pembebanan atau muatan, terutama tergantung pada:

Cara peleburannya

Jenis dan banyaknya logam campuran

Proses yang digunakan dalam pembuatan

2.1.3.1. Kekuatan Tinggi

Kekuatan baja per volume adalah paling tinggi jika dibandingkan dengan material

lain baik dari segi tarik, tekan maupun lentur. Baja struktural umumnya mempunyai


16

tegangan putus minimum (fu) antara 340 s/d 550 Mpa dan tegangan leleh minimum (fy)

antara 210 s/d 410 Mpa. Oleh karena itu baja dapat menahan berbagai tegangan seperti

tegangan lentur.

2.1.3.2. Permanen

Sifat-sifat baja baik sebagai bahan bangunan maupun dalam bentuk struktur dapat

terkendali dengan baik sekali dikarenakan sifat – sifat baja tidak berubah terhadap waktu

dan hampir seluruh bagian baja memiliki sifat - sifat yang sama sehingga menjamin

kekuatannya.

Para ahli dapat mengharapkan elemen elemen dari konstruksi baja ini akan

berperilaku sesuai dengan yang diperkirakan dalam perencanaan. Dengan demikian bisa

dihindari terdapatnya proses pemborosan yang biasanya terjadi dalam perencanaan akibat

adanya berbagai ketidakpastian

2.1.3.3. Elastisitas

Kemampuan atau kesanggupan untuk dalam batas–batas pembebanan tertentu

sesudahnya pembebanan ditiadakan kembali kepada bentuk semula.Elastisitas baja

mendekati perilaku seperti asumsi yang direncanakan oleh perencana, karena mengikuti

hukum Hooke, walaupun telah mencapai tegangan yang cukup tinggi. Modulus

elastisitasnya sama untuk tarik dan tekan.


17

2.1.3.4. Daktalitas

Daktalitas adalah kemampuan struktur atau komponennya untuk melakukan

deformasi inelastik bolak – balik berulang diluar batas titik leleh pertama, sambil

mempertahankan sejumlah besar kemampuan daya dukung bebannya. Manfaat daktalitas

bagi kinerja struktural adalah pada saat baja mengalami pembebanan yang melebihi

kekuatannya, baja tidak langsung hancur tetapi akan meregang sampai batas daktalitas.

Demikian juga pada beban siklik, daktalitas yang tinggi menyebabkan baja dapat menyerap

energi yang besar.

2.1.3.5. Keseragaman

Bahan konstruksi baja adalah bahan yang diproduksi oleh pabrik sehingga sifat

baja lebih homogen dan konsisten. Bentuk dan kualitas lebih terkendali sehingga bangunan

dari material baja akan lebih sesuai dengan perencanaan.

2.1.4. Kelebihan dan Kelemahan Baja Sebagai Material Konstruksi

Dibandingkan dengan konstruksi lain seperti beton atau kayu pemakaian baja

sebagai bahan konstruksi mempunyai keuntungan dan kerugian, yaitu:


18

a) Keuntungan :

Baja lebih mudah untuk dibongkar atau dipindahkan

Konstruksi baja dapat dipergunakan lagi

Bila dibandingkan dengan beton baja lebih ringan

Pemasangannya relatif mudah

Baja sudah mempunyai ukuran dan mutu tertentu dari pabrik

b) Kekurangan:

Baja dapat terkena karat sehingga membutuhkan perawatan

Memerlukan biaya yang cukup besar dalam pengangkutan

Dalam pengerjaannya diperlukan tenaga ahli dalam hal konstruksi baja

Bila konstruksi terbakar maka kekuatannya berkurang

2.1.5. Diagram Tegangan-Regangan

Apabila terdapat sebatang baja yang memiliki penampang konstan sepanjang

bentangnya kemudia diberikan beban sebesar P. maka akan mendapatkan sebuah gambar

tegangan-regangan sebagai berikut:

Gambar 2.1 batang yang diberikan beban aksial dan grafik hubungan antara beban

yang diberikan dengan perpendekan yang terjadi


19

Dengan asumsi bahwa beban yang bekerja konsentris, maka regangan pada titik yang trjadi

di titik manapun pada potongan penampang menjadi dantegangan yang terjadi di

titik manapun pada potongan penampang menjadi f = P / A. gambar dibawah merupakan

gambar hubungan tegangan – regangan secara umum

Gambar 2.2.gambar hubungan tegangan – regangan baja


20

2.1.6. Sifat – Sifat Mekanis Baja Struktural

Sifat mekanis suatu bahan adalah kemampuan bahan tersebut memberikan perlawanan

apabila diberikan beban pada bahan tersebut atau dapat dikatakan sifat mekanis adalah

kekuatan bahan didalam memikul beban yang berasal dari luar.Sifat penting pada baja

adalah kuat tarik

Dalam SNI 03 – 1729 – 2002, sifat baja struktural yang digunakan dalam desain

suatu struktur bangunan harus memenuhi persyaratan minimum yang diberikan.

2.1.6.1. Tegangan Putus ( Ultimate Stress )

Tegangan putus (ultimate stress) adalah nilai tegangan yang terjadi disaat baja

telah mencapai kekuatan maksimum (ambang batas) yang bias mengakibatkan baja

terpustus. Tegangan putus untuk perencanaan (Fu) tidak boleh diambil melebihi nilai yang

telah ditetapkan

2.1.6.2. Tegangan Leleh ( Yielding Stress )

Tegangan leleh (yield stress) adalah nilai tegangan yang terjadi saat melampaui

tegangan dasar atau masuk ke daerah inelastis (gambar2.2), maka material akan meregang

dengan sangat cepat. Tegangan Leleh untuk perencanaan (Fy) tidak boleh diambil melebihi

nilai yang telah ditetapkan


21

2.1.6.3. Sifat – Sifat Mekanis Lainnya

Sifat – sifat mekanis lain baja struktural untuk maksud perencanaan ditetapkan

sebagai berikut :

a) Modulus Elastisitas : E = 200.000 Mpa

Pada umumnya bahan struktural berperilaku elastis dan linear saat mulai

dibebani sampai titik tertentu maka akan berubah kurvanya seperti pada gambar

2.3.

Gambar 2.3.hubungan modulus elastisitas dengan tegangan – regangan

Sehingga nilai modulus elastisitas didapat dari kemirinagn kurva tegangan

regangan dengan bantuan hukum hooke. Dengan adalah tegangan aksial,

adalah regangan aksial, dan E adalah modulus elastisitas.

…..pers (3.1)


22

b) Modulus Geser : G = 80.000 Mpa

Jika pada modulus elastisitas adalah berhubungan dengan tegangan maka

modulus geser memiliki hubungan dengan torsi. Dengan bantuan hokum hooke

maka didapatkan persamaan berikut dimana, adalah tegangan geser, adalah

regangan geser, dan G adalah modulus geser.

…..pers (3.2)

Khusus untuk kasus tarik pada modulus elastisitas dapat dihubungkan

dengan kasus geser dengan persamaa berikut:

…..pers (3.3)

Dimana adalah poisson ratio. Dikarenakan poisson ratio pada bahan

biasa bernilai antara nol dan setengah, maka dapat disimpulkan bahwa nilai

modulus geser memiliki nilai hampir sepertiga atau setengah dari nilai modulus

elastisitas.

Tabel 2.1Sifat Mekanis Baja

Jenis Baja

Tegangan putus minimum, fu

(MPa)

Tegangan leleh minimum, fy

(MPa)

Peregangan minimum (%)

BJ 34 340 210 22

BJ 37 370 240 20

BJ 41 410 250 18

BJ 50 500 290 16

BJ 55 550 410 13


23

c) Poisson Ratio : = 0.3

Poisson ratio adalah perbandingan antara perpanjangan arah lateral

dengan arah longitudinal. Dengan kata lai dapat dismpulkan persamaaan poisson

ratio adalah

…..pers(3.4)

Dengan ketentuan saat mengalami tarik regangan bernilai positif dan sebaliknya. Untuk

bahan isotropic utuk bahan seperti meral memiliki nilai poisson ratio antara 0,25 sampai

0,35. Untuk bahan seperti gabus maka memiliki nilai poisson sebesar 0. Pada beton

didapatkan nilai poisson sebesar 0,1 sampai 0,2. Poisson ratio memiliki nilai limit atau

batas sebesar 0,5 salah satu bahan yang kita kenal memiliki nilai poisson tersebut adalah

karet.

d) Koefisien Pemuaian : α = 12 x 10 ^ -6 / ºC

Pemuaian adalah perubahan suatu benda yang bisa menjadi bertambah panjang, lebar, luas,

atau berubah volumenya karena terkena panas(kalor).Singkat cerita pemuaian adalah

perubahan ukuran benda jika terkena suhu.Koefisien pemuaian adalah bilangan yang

menyatakan pertambahan panjang tiap satuan panjang zat pertingkatan suhu tabel koefisien

muai panjang adalah sebagai berikut:


https://id.wikipedia.org/wiki/Panjang

https://id.wikipedia.org/wiki/Lebar

https://id.wikipedia.org/wiki/Luas

24

No Jenis Zat koefisin muai panjang/ o

C

1 Aluminium 0,000026

2 Tembaga 0,000017

3 Besi 0,000012

4 Baja 0,000011

2.1.7. Baja Struktural yang Umum Digunakan

Fungsi struktur merupakan faktor utama dalam menentukan konfigurasi struktur.

Berdasarkan konfigurasi struktur dan beban rencana, setiap elemen atau komponen dipilih

untuk menyanggah dan menyalurkan beban pada keseluruhan struktur dengan baik.

Adapun jenis – jenis baja struktural yang umum digunakan adalah profil baja

giling/ canai panas (rolled steel shape) dan profil baja yang dibentuk dalam keadaan dingin

(cold formed steel shapes).

Gambar2.4 Standar Tipe Penampang Profil Baja

Tabel 2.2 Nilai Koefisien Muai Logam


25

2.1.7.1 Profil Baja Wide Flange (WF)

Profil WF (Wide Flange) adalah salah satu profil baja struktural yang paling populer

digunakan untuk konstruksi baja. Namun, profil ini ternyata punya banyak nama. Ada yang

menyebutnya dengan profil H, HWF, H-BEAM, IWF, dan I. ``Profil WF terutama

digunakan sebagai elemen struktur balok dan kolom. Semakin tinggi profil ini, maka

semakin ekonomis. Untuk banyak aplikasi profil M mempunyai penampang melintang

yang pada dasarnya sama dengan profil W, dan juga memiliki aplikasi yang sama.

Gambar 2.5.penampang I- WF


26

2.1.7.2. Profil Baja Kanal C (CNP)

Profil C merupakan salah satu profil baja tipis yang dibentuk secara dingin (cold

formed), dan banyak digunakan untuk struktur yang ringan, misalnya untuk balok gording.

Apabila dilihat dari bentuk geometri profil C yang tidak simetris, serta rasio lebar dan tebal

(b/t) yang besar, maka stabilitas dari profil semacam ini sangat kurang. Kegagalan yang

dialami oleh profil C ini biasanya ialah kegagalan karena stabilitas, misalnya profil akan

mengalami tekukan atau puntiran yang besar sebelum kekuatan bahannya mencapai

tegangan lelehnya.

Ketidak-stabilan profil C pada dasarnya disebabkan oleh bentuk geometri

penampang dan rasio b/t yang sangat besar, sehingga upaya untuk membuat stabil profil C

dapat dilakukan dengan memberi perkuatan pada bagian sayap yang terbuka. Dengan

memberi perkuatan dengan baja tulangan yang menghubungkan antara sayap atas dan

bawah pada bagian sisi profil yang terbuka (Gambar 2.5) ini diharapkan dapat menambah

stabilitas penampang, disamping juga untuk mengurangi ketidak-simetrisan bentuk profil

C. Pekuatan ini dipasang pada jarak tertentu dengan variasi jarak adalah kelipatan dari

tinggi profil (h), dan disambung dengan las pada bagian bibir profil C.

Gambar 2.6.Bentuk Penampang Profil C


27

Profil C merupakan salah satu profil yang dibentuk secara dingin (cold formed), dan

biasanya profil semacam ini mempunyai rasio lebar dan tebal (b/t) yang besar. Menurut

Tall (1974), proses pembentukan secara dingin ini mengakibatkan perubahan property

materialnya, dan biasanya akan meningkatkan tegangan lelehnya. Gambar 2.6

menunjukkan pengaruh dari coldforming profil C, dimana angka-angka yang ditunjukkan

merupakan nilai kekerasan material yang dinyatakan dalam Diamond Penetration Number

(DPN). Nilai DPN ini menunjukkan peningkatan tegangan lelehnya.

Gambar 2.8.Nilai DPN pada Cold Forming Profil C


28

2.2. Metode Perencanaan Konstruksi Baja

Terdapat 2 metode perencanaan konstruksi baja, yaitu:

Metode ASD ( Allowable Stress Design )

Metode LRFD ( Load Resistance Factor Design )

2.2.1. Metode ASD ( Allowable Stress Design )

Metode ASD (Allowable Stress Design) merupakan metode yang paling

konvensional dalam perencanaan konstruksi. Metode ini menggunakan beban servis

sebagai beban yang harus dapat ditahan oleh material konstruksi. Agar konstruksi aman

maka harus direncanakan bentuk dan kekuatan bahan yang mampu menahan beban tersebut.

Tegangan maksimum yang diizinkan terjadi pada suatu konstruksi saat beban servis bekerja

harus lebih kecil atau sama dengan tegangan leleh (σy). Untuk memastikan bahwa tegangan

yang terjadi tidak melebihi tegangan leleh (σy) maka diberikan faktor keamanan terhadap

tegangan izin yang boleh terjadi.

Besaran faktor keamanan yang diberikan lebih kurang sama dengan 1,5 / faktor

reduksi ( ) ; nilai factor reduksi ( ) sebesar 0,9 sehingga boleh dipastikan bahwa nilai

safety factor ( ) adalah sebesar 1,67 ; dengan kesimpulan bahwa nilai tegangan izin tidak

lebih besar dari 0,6 Fy. Perencanaan memakai ASD akan memberikan penampang yang

lebih konvensional.


29

2.2.2. Metode LRFD ( Load Resistance Factor Design )

Metode LRFD ( Load Resistance Factor Design ) lebih mementingkan perilaku

bahan atau penampang pada saat terjadinya keruntuhan. Seperti kita ketahui bahwa suatu

bahan (khususnya baja) tidak akan segera runtuh ketika tegangan yang terjadi melebihi

tegangan leleh (Fy), namun akan terjadi regangan plastis pada bahan tersebut. Apabila

tegangan yang tejadi sudah sangat besar maka akan terjadi strain hardening yang

mengakibatkan terjadinya peningkatan tegangan sampai ke tegangan runtuh / tegangan

ultimate (FU). Pada saat tegangan ultimate dilampaui maka akan terjadi keruntuhan bahan.

Metode LRFD umumnya menggunakan perhitungan dengan menggunakan tegangan

ultimate (FU) menjadi tegangan izin, namun tidak semua perhitungan metode LRFD

menggunakan tegangan ultimate (FU) ada juga perhitungan yang menggunakan tegangan

leleh (Fy), terutama pada saat menghitung deformasi struktur yang mengakibatkan

ketidakstabilan struktur tersebut.

Metode LRFD menggunakan beban terfaktor sebagai beban maksimum pada saat

terjadi keruntuhan. Beban servis akan dikalikan dengan faktor amplikasi yang tentunya

lebih besar dari 1 dan selanjutnya akan menjadi beban terfaktor. Selain itu kekuatan

nominal (kekuatan yang dapat ditahan bahan) akan diberikan faktor resistansi juga sebagai

faktor reduksi akibat dari ketidak sempurnanya pelaksanaan dilapangan maupun di pabrik.

Besaran faktor resistansi berbeda – beda untuk setiap perhitungan kekuatan yang

ditinjau, misalnya : untuk kekuatan tarik digunakan faktor reduksi 0,9 dan untuk kekuatan

tekan digunakan faktor reduksi 0,75. Dapat dilihat bahwa untuk penampang yang sama


30

hasil kekuatan nominal yang akan didapat dari metode LRFD akan lebih tinggi dari metode

ASD.

2.3. Perencanaan Struktur Baja

2.3.1.Rasio lebar – tebal dan klasifikasinya

Klasifikasi profil adalah salah satu tahapan awal dalam perencanaan struktur baja.

Klasifikasi profil dipakai untuk antisipasi terhadap tekuk lokal dari elemen – elemen

penyusun profilkarena perbedaan nilai momen nominal yang dapat dilihat pada gambar

2.10.

Elemen – elemen penyusun profil diklasifikasi menjadi 3, yaitu:

Elemen kompak

Elemen non – kompak

Elemen langsing

Elemen kompak adalah konfigurasi geometri penampang yang paling efisien

digunakan dalam pemanfaatan material. Dikarenakan kemampuan profil mencapai momen

plastis, yaitu perilaku keruntuhan yang bersifat daktail, sehingga termasuk kriteria yang

lebih ketat , termasuk jarak pertambatan lateralnya.

Elemen non kompak adalah konfigurasi geometri penampang yang satu tigkat

lebih kecil jika dibandingkan dengan penampang kompak. Ketika penampang non –

kompak dibebani maka serat tepi terluar dapat mencapai nilai tegangan leleh sehinggaakan

membentuk tekuk lokal terlebih dahulu.

Elemen langsing adalah konfigurasi geometri penampang yang paling tidak

efisien jika ditinjau dari segi pemakaian material. Ketika penampang langsing dibebani

maka tegangan akan mencapai kondisi leleh setelah terjadi tekuk lokal..

Sumber: SNI 1729-2015


31

Gambar 2.9 gambar kurva baja

2.3.2. Perencanaan Balok Lentur

Suatu komponen yang mendukung beban transversal seperti beban mati dan beban

hidup menurut SNI 1729-2015 memiliki beberapa persyaratan, yaitu:

a) Hubungan Antara Pengaruh Beban Luar.

Untuk sumbu kuat (sb x) harus memenuhi ≤ Ø .

Untuk sumbu lemah (sb y) harus memenuhi ≤ Ø .

, = Momen lentur terfaktor arah sumbu x dan y, N.mm.

= Kuat nominal dari momen lentur memotong arah y, N.mm.

Ø = Faktor reduksi (0,9).

Sumber:Desain Struktur Baja Berdasarkan AISC 2011, Wiryanto Dewobroto,2010.


32

= Kuat nominal dari momen lentur penampang. diambil nilai

yang lebih kecil dari kuat nominal penampang, N-mm.

b) Tegangan Lentur dan Momen Plastis.

Tegangan lentur merupakan tegangan yang diakibatkan oleh bekerjanya

momen lentur pada benda. Sehingga pelenturan benda disepanjang

sumbunya menyebabkan sisi bagian atas tertarik, karena bertambah panjang

dan sisi bagian bawah tertekan, karena memendek. Dengan demikian

struktur material benda di atas sumbu akan mengalami tegangan tarik,

sebaliknya dibagian bawah sumbu akan mengalami tegangan tekan.

Distribusi tegangan pada sebuah penampang akibat momen lentur dapat

dilihat pada gambar 2.11 dibawah. Pada daerah beban layan, penampang

masih memiliki sifat elastis pada gambar 2.11.1, kondisi tersebut dapat

berlangsung hingga tegangan pada serat terluar mencapai kuat lelehnya ( ).

Setelah mencapai tegangan leleh (εy), tegangan akan terus naik tanpa diikuti

kenaikan tegangan.

Ketika kuat leleh tercapai pada serat terluar (gambar 2.11.2), tahanan

momen nominal sama dengan momen leleh Myx, dan besarnya adalah :

…..persamaan(2.9)

Dan pada saat kondisi semua serat dalam penampang melampaui

regangan lelehnya maka dinamakan kondisi plastis (gambar 2.11.4).

Tahanan momen nominal dalam kondisi ini dinamakan momen plastis Mp,

dan besarnya :

…..persamaan(2.10)


33

c) Stabilitas

Stabilitas harus disediakan untuk struktur secara keseluruhan dan untuk

setiap elemennya. Stabilitas pada balok yang harus diperhitungkan adalah

lentur, geser, dan lendutan.

Jika balok dapat dihitung pada keadaan stabil dalam kondisi plastis

penuh maka kekuatan momen nominal dapat diambil sebagai kapasitas

momen plastis.

…..persamaan(2.11)

d) Kuat Lentur Nominal dengan Pengaruh Tekuk Lateral (LTB)

Kuat momen pada tipe kompak merupakan fungsi panjang tanpa

pertambatan, (gambar 2.12). Yang didefinisikan sebagai jarak antara

titik-titik pada dukung lateral atau pertambatan. Kuat lentur nominal dengan

pengaruh tekuk lateral (LTB) dapat dilihat pengaruhnya pada gambar2.13

terbagi atas 3 bagiandan , yaitu:

Gambar2.8 Efek Lokasi Pembebanan


34

LB< LP

LP< LB < LR

LR< LB

Gambar 2.10 Kondisi Batas Balok Lentur

Gambar2.9 Pertambatan Lateral


35

2.3.3. Pengaruh tekuk lateral dengan perbedaan lokasi

pembebanan

Penelitian untuk mengevaluasi efek dari perbedaan lokasi

pembebanan balok pada pengaruh tekuk lateral telah

dilakukan.melalui pengujian serta penelitian analitis lokasi

pembebanan terhadap balok ditemukan sangat berkontribusi

terhadap pengaruh tekuk lateral. Lokasi pembeanan yang

dicertakan diatas dapat dilihat melalui gambar 2.11.

Pengaruh tekuk lateral pada letak pembebanan yang berbeda juga

menentukan nilai momen kritis (Mcr). Pada penelitian Clark and

Hill (1960), tentang “LATERAL BUCKLING OF BEAMS” telah

menemukan solusi mendapatkan nilai momen kritis (Mcr)

terdapat pada persamaan(2.9).

√

[√

( )

( )

√

]

....persamaan(2.12)


36

Persama namaan diatas masih kekurangan 1 bagian penjelasan

yaitu tentang besar kecilnya nilai C2. Nilai C2 adalah nilai

berdasarkan jenis pembebanan serta jenis perletakan yang

direncanakan seperti gambar 2.15.

Gambar 2.12 Perletakan Beban


37

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Pendahuluan

Bagian ini membahas tentang metodologi penelitian perencanaan runway

beam pada hoist crane dengan menggunakan 3 model,yaitu:

IWF

Gambar 3.1 Profil I


38

Profil WF Dengan Channel Cap

Sistem Truss

Struktur akan didesain seekonomis mungkin dan mengacu pada persyaratan-

persyaratan kinerja lendutan, momen, gaya lintang, tegangan, dsb sesuai dengan SNI

1729-2015.

Gambar 3.2 Profil I dengan channel cap

Gambar 3.3 Profil I dengan sistem Truss


39

Tahapan penelitian yang digunakan adalah sebagai berikut :

1. Menentukan desain dan ukuran gudang.

2. Membuat variasi permodelan dengan bentang 29 m.

3. Menggunakan pembebanan terpusat sebesar 2,5 ton.

4. Menghitung pembebanan yang terjadi pada bridge beam.

5. Memasukkan parameter utama yaitu panjang bentang,berat beban dan

masing-masing desain runway pada hoist crane, antara lain profil IWF,

profil wf dengan channel cap, serta sistem truss dengan bantuan program

SAP2000.

6. Setelah masing-masing model bangunan mendapatkan kekuatan yang

memenuhi ijin, maka ditetapkanlah sebagai model akhir.

7. Dari gambar akhir bangunan inilah, dihitung volume berat baja yang

dipakai untuk masing-masing model.

8. Dari ketiga model tersebut akan diambil penarikan kesimpulan model yang

mana lebih ekonomis untuk digunakan pada bentang 29 meter.

3.2. Desain Data

3.2.1. Perencanaan Umum

Gambar 3.4. Perencanaan Dimensi Bangunan

Dimensi bangunan yang direncanakan pada penelitian ini adalah :


40

Menggunakan desain sendi – sendi dalam perencanaan.

Bentangbridge beam ( sendi – sendi) yang digunakan adalah sebesar 20

meter (bentang menengah) dan 30 meter (bentang panjang).

Kemiringan (α) rangka bridge beam yang dipakai adalah sebesar45o

Mutu profil baja diambil = 240 Mpa ( 2400 kg/cm2

)

Fungsi bridge beam adalah untuk pemasangan hoist crane untuk gudang

ataupun industri.

Bangunan hanya ditinjau dalam dua dimensional. Apabila bangunan cukup

kuat setelah ditinjau dalam dua dimensi, maka secara teoritis dan literatur

yang sudah pernah ada sebelumnya, bangunan otomatis lebih kuat apabila

ditinjau secara tiga dimensional.

3.2.2. Beban-Beban yang Bekerja

Beban adalah gaya luar yang bekerja pada suatu struktur.gaya adalah sebuah

vector yang mempunyai besar dan arah. Pada umumnya penentuan besarnya beban

hanya merupakan perkiraan. Meskipun beban yang bekerja pada suatu lokasi dari

struktur dapat diketahui secara pasti, namun distribusi beban dari elemen ke elemen

lainnya umumnya memerlukan asumsi dan pendekatan pada beban yang bekerja

secara maksimum. Jenis beban yang biasa diperhitungkan pada perencanaan struktur

bangunan antara lain :

3.2.2.1. Beban Mati

Menurut (Peraturan Pembebanan Indonesia,1983), beban mati merupakan

berat dari semua bagian dari suatu struktur yang bersifat tetap selama masa layannya,

termasuk segala unsur tambahan, penyelesaian-penyelesaian, mesin-mesin serta

peralatan tetap yang merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari struktur tersebut.

Yang termasuk beban mati adalah berat struktur sendiri dan juga semua benda yang

tetap pada posisinya selama struktur berdiri. Beban mati tetap berada pada struktur

dan tidak berubah sesuai dengan sistem struktur dan material yang digunakan.


41

Beban mati yang biasanya diperhitungkan terdiri dari :

a. Berat kolom sendiri.

b. Berat sendiri balok .

c. Berat dinding.

d. Berat pelat lantai.

Besarnya beban mati pada suatu bangunan dapat dilihat pada tabel di bawah ini :

N0 Konstruksi Berat Satuan

1 Baja 7850 kg/m3

2 Beton Bertulang 2400 kg/m3

3 Beton 2200 kg/m3

4 Dinding pas bata ½ bt 250 kg/m2

5 Dinding pas bata 1 bt 450 kg/m2

6 Curtain + wall 60 kg/m2

7 Cladding +rangka 20 kg/m2

8 Pasangan batu kali 2200 kg/m3

9 Finishing Lantai(tegel) 2200 kg/m3

10 Plafon + penggantung 20 kg/m2

11 Mortar 2200 kg/m3

12 Tanah,Pasir 1700 kg/m3

13 Air 1000 kg/m3

14 Kayu 900 kg/m3

15 Baja 7850 kg/m3

16 Aspal 1400 kg/m3

Tabel 3-1 Berat bangunan berdasarkan SNI 03-1727-501989-F

Pada tugas akhir ini beban mati yang akan bekerja haya ada 1 macam, yaitu : berat

sendiri balok dengan mengunakan baja.


42

3.2.2.2. Beban Hidup

Menurut (Peraturan Pembebanan Indonesia, 1983), beban hidup adalah semua

beban yang terjadi akibat penghunian atau penggunaan suatu struktur termasuk

beban-beban pada lantai yang berasal dari berat manusia, barang-barang yang dapat

berpindah, mesin-msin serta peralatan yang tidak merupakan bagian yang tidak

terpisahkan dari struktur dan dapat diganti selama masa layan dari struktur tersebut

sehingga menyebabkan perubahan dalam pembebanan lantai dan atap tersebut.

Khusus untuk atap, beban hidup dapat termasuk beban yang berasal dari air hujan,

baik akibat genangan maupun akibat tekanan jatuh butiran air.

Beban Hidup Lantai Bangunan Besar Beban

Perkantoran,ruang kuliah,asrama,dll 250 kg/m2

Tangga dan Borders 300 kg/m2

Beban Pekerja 100 kg/m2

Lantai Atap 100 kg/m2

Tabel 3-2Beban hidup menurut kegunaan Berdasarkan SNI 03-1727-1989F

Pada tugas akhir ini beban hidup yang akan bekerja haya ada 1 macam, yaitu : berat

hoist crane.

3.2.2.3. Kombinasi Pembebanan

Menurut SNI 1727-2013 Struktur, komponen, dan fondasi harus dirancang

sedemikian rupa sehingga kekuatan desainnya sama atau melebihi efek dari beban

terfaktor dalam kombinasi berikut:


43

1) 1,4 D

2) 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (LR atau S atau R)

3) 1,2 D + 1,6 (LR atau S atau R) + (L atau 0,5 W)

4) 1,2 D + 1,0 W + 0,5 (LR atau S atau R)

5) 1,2 D + 1,0 E + L + 0,2 S

6) 0,9 D + 1,0 W

7) 0,9 D + 1,0 E

3.2.4. Kombinasi Pembebanan pada Crane (derek)

Pembebanan derek tidak bisa kita samakan dengan kombinasi pembebanan

diatas. Dikarenakan derek yang bergerak memiliki nilai beban terpusat yang

cukup besar sehingga diperlukan parameter tersendiri

3.2.4.1. Gaya Impak Vertikal

Beban hidup derek adalah berdasarkan nilai kapasitas dari derek tetapi pada

bagian beban rencana untuk balok, runway beam dan sebagainya harus memasukan

nilai dari gaya impak vertikal dan lateral yang diakibatkan oleh derek yang bergerak.

Impak menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia adalah benturan (tumbukan)

dan dampak yang kuat (pengaruh). Dalam perancangan struktur dengan beban

getaran yang tidak biasa dan ada gaya impak perlu pengaturan yang tersendiri.Berikut

adalah persamaanentase nilai dari pengaruh gaya impak vertikal atau gaya getaran

beban derek menurut SNI 1727-2013,


44

3.2.4.2. Gaya Lateral

Pada balok runway beam tentunya memiliki gaya horizontal . Gaya lateral

diasumsikan bekerja arah horizontal pada permukaan traksi dari balok runway. Gaya

lateral pada derek balok runway beam dengan troli bertenaga listrik menurut SNI

1727-2013 diambil nilai sebesar 20 % dari jumlah nilai kapasitas derek dan beban

dari alat angkat dan troli.

JENIS DEREK PERSAMAANENTAS

E (%)

Derek rel tunggal (dengan tenaga) 25

Kabin dengan operator atau derek jembatan dioperasikan

secara remote( dengan tenaga)

Derek jembatan dioperasikan dengan gantungan (dengan

tenaga)

10

derek jembatan atau derek rel tunggal dengan jembatan

gigi berkendali tangan, troli, dan alat pengangkat

0

Sumber : SNI Pembebanan 2013

Tabel3-3 Gaya Impak pada Crane


45

3.3. Perhitungan Manual Menggunakan Parameter SNI 1729-2015

3.3.1. Detail Perencanaan

Gambar-gambar kerja atau spesifikasi atau kedua-duanya untuk komponen

struktur atau struktur baja secara keseluruhan harus mencantumkan hal-hal berikut:

1) ukuran dan peruntukan tiap-tiap komponen struktur;

2) ukuran dan kategori baut dan pengelasan yang digunakan pada sambungan-

sambungan;

3) ukuran-ukuran komponen sambungan;

4) lokasi dan detail titik kumpul, serta sambungan dan sambungan lewatan yang

direncanakan;

5) setiap kendala pada saat pelaksanaan yang diasumsikan dalam perencanaan;

6) lawan lendut untuk setiap komponen struktur;

7) ketentuan-ketentuan lainnya.

3.3.2. Batas-Batas Lendutan

Batas-batas lendutan untuk keadaan kemampuan-layan batas harus sesuai

peraturan yang berlaku. Batas lendutan maksimum menurut AS 1418.18—2001

diberikan dalam Tabel 3-3.

Kondisi Batas lendutan

defleksi statis vertikal karena semua beban mati dan

beban hidup tanpa faktor dinamis (untuk semua bentuk

girder)

lendutan lateral flens atas yang disebabkan oleh gaya

inersia (maksimum 10 mm)

Tabel 3-4 Batas lendutanmaksimum*


46

* L adalah panjang bentang

3.3.3. Kuat Lentur Nominal Penampang

Kuat lentur nominal, Mn , harus nilai terendah yang diperoleh sesuai dengan

keadaan batas dari leleh (momen plastis) dan tekuk torsi lateral.

3.3.3.1. Kuat Nominal pada Komponen Struktur I Kompak

Pada SNI 1729-2015 komponen struktur I kompak adalah sebagai berikut:

1) Untuk komponen struktur yang memenuhi kuat nominal

komponen struktur terhadap momen lentur adalah



[ - (

)]



Mn = Fcr Sx ≤ Mp

Dimana:


47

(

) √

(

)

√

√

√√

(

)

Keterangan :

Mmax = Momen maksimum pada bentang yang ditinjau.

MA = Momen pada ¼ bentang.

MB = Momen pada ½ bentang.

MC = Momen pada ¾ bentang.

Cb = Koefisien pengali momen tekuk torsi lateral.

=Panjang bentang antara 2 pengekang yangberdekatan,mm.

= Jari-jari girasi terhadap sumbu tengah, mm.

A = Luas penampang, mm2.


48

Sx = Modulus penampang, mm3.

J = Konstanta torsi,mm4

Cw = Konstanta wraping,mm6

3.3.3.2. Kuat Nominal pada Komponen Struktur Berbentuk Persegi atau

Persegi Panjang

Pada SNI 1729-2015 komponen struktur berbentuk persegi atau persegi

panjang adalah sebagai berikut:

a. Tekuk lokal pelat sayap

1. Untuk penampang kopak, keadaan batas dari tekuk lokal

sayap tidak diterapkan

2. Untuk penampang sayap non kompak

3. Untuk penampang dengan sayap langsing

b. Tekuk lokal pelat badan

1. Untuk penampang kompak, keadaan batas dari tekuk

lokal badan tidak diterapkan.

2. Untuk penampang dengan badan nonkompak


49

Keterangan :

=Panjang bentang antara 2 pengekang yangberdekatan,mm.

A = Luas penampang, mm2.

Sx = Modulus penampang, mm3.

J = Konstanta torsi,mm4

Se = modulus penampang efektif ditentukan dengan

lebar efektif, be , dari sayap tekan diambil sebesar:


50

3.4. Faktor Kelangsingan

3.4.1.Faktor Kelangsingan memikul tekan aksial

Pada SNI 1729-2015 rasio tebal terhadap lebar elemen tekan komponen

struktur memikultekan aksial adalah

No ELEMEN

Rasio

lebar

tebal

λr batas tidak

langsing

DESKRIPSI

PENAMPANG

1

Sayap profil gilas I-

WF, UNP dan

Tee,atau siku ganda

tanpa spasi, juga

pengaku pada profil

gilas

√

2

Sayap profil built-up

IWF simetri ganda dan

pelat pengakunya

√

3

Lengan profil siku

tunggal atau ganda

dengan pemisah, atau

pelat pengaku bebas

yang lain

√

4 Lengan profil Tee

√

5 Badan profil I simetri

ganda dan UNP

√


51

6 Sayap profil kotak

ketebalan sama

√

7

Cover-plate / pelat

diaphragm antar alat

sambung

√

8 Elemen profil yang

tertahan secara umum

√

9 pipa

√

Tabel 3-4 faktorkelangsinganterhadaptekanaksial ( Table B4.1a SNI 1729-2015)

3.4.2.Faktor Kelangsingan memikul lentur

Pada SNI 1729-2015 rasio tebal terhadap lebar elemen tekan

komponen struktur memikul lentur adalah :


52

ELEMEN

Rasio

lebar

tebal

λp kompak /

nonkompak

λr

kompak

/

nonkom

pak

DESKRIPSI

PENAMPANG

Sayap profil

gilas I-WF,

UNP dan Tee

√

√

Sayap profil

tersusun I-WF,

simetri ganda

dan tunggal

√

√

Lengan profil

siku tunggal

√

√

Sayap profil I-

WF dan UNP

pada sumbu

lemah

√

√

Lengan profil

Tee

√

√

Badan profil I

simetri ganda

dan UNP

√

√


53

Tabel 3-5faktorkelangsinganterhadaplentur ( Table B4.1b SNI 1729-2015

Badan profil I

simetri tunggal

√

Sayap profil

kotak

ketebalan

sama

√

√

Sayap pelat

penutup/

diaphragm

antar alat

sambung

√

√

Badan profil

kotak

ketebalan

sama

√

√

pipa

√

√


54

BAB IV

PERENCANAAN STRUKTUR PORTAL BAJA

4.1 GEOMETRI STRUKTUR

L = 30 meter

ϴ = 10

H = 8 meter

H’ = 6 meter

Y = ( L/2 )*tan ϴ = 2,645 meter

Lrafter = ( L/2 )*cotan ϴ = 15,232 meter

Lportal = 6 meter

Lconsole = 0,5 meter

Gambar 4.1 Portal Baja


55

4.2DATA MATERIAL

Material baja yang digunakan dalam desain struktur baja ini adalah baja Hot-Rolled ( Profil

WF , C , L , dan H ) dengan kekuatan leleh ( Fy ) sebesar 240 Mpa.

E = 200.000 Mpa , G = 76923 Mpa

4.3 PEMBEBANAN

Pembebanan yang ditinjau sebagai beban desain dalam perhitungan perencanaan struktur

portal baja dalam penelitian ini yaitu :

1. Beban Mati ( Dead Load )

Mencakup berat sendiri profil baja dan beban atap qatap = 10kg/m2

2. Beban Hidup ( Live Load )

Mencakup beban-beban sebagai berikut :

qatap = 20 kg/m2

Pcrane = 10000 kg

3. Beban Angin ( Wind Load )

Beban angin yang bekerja diambil , qangin = 30 kg/m2

4.4 PERENCANAAN GORDING

Direncanakan gording dengan jumlah gording dalam 1 balok atap sebanyak :

Digunakan jarak antar gording sebesar , S = 1,2 m

n = 12,7 buah

Jadi , digunakan 12 buah gording dengan jarak 1,2 m dan 1 buah gording dengan jarak

0,832 meter.

Beban yang bekerja pada gording :

1. Beban mati

Berat sendiri gording = q kg/m

Berat atap = 10 kg/m2 . Sgording = 12 kg/m


56

2. Beban hidup

Beban hidup atap = 20 kg/m2 . Sgording = 24 kg/m

Kombinasi pembebanan yang ditinjau dalam perencanaan gording :

1,2 DL + 1,6 LL

Pada arah sumbu lemah ( sumbu y ) digunakan track stang dengan jarak antar track

stang sebesar 2 meter.

Digunakan profil Lip-channel C 150 x 50 x 20 x 3 dengan data sebagai berikut :

q = 6,37 kg/m

Ix = 265 cm4

Iy = 27 cm4

ry = 1,82 cm

Zx= 35,4 cm3

Zy= 7,8 cm3

Cw= 1334 cm6

J = 2432 mm4

Perhitungan gaya-gaya dalam pada gording :


57

Perhitungan gaya terhadap sumbu – x :

qx = [1,2( 12+ q ) + 1,6( 24 )] cos ϴ = 60,44 kg/m

Mx = (1/8)( qx )( Lportal )2 = 264,735 kgm

Perhitungan gaya terhadap sumbu – y :

qy = [1,2( 12 + q ) + 1,6( 24 )] sin ϴ = 10,373 kg/m

Mx = (1/8)( qy )( Ly )2 = 5,2 kgm

Cek kelangsingan penampang :

1. Penampang sayap ( flange )

( Tabel B4.1b SNI 1729:2015 )

B/tf = 50/3 = 16,67

Batas penampang kompak , √ 10,748

Batas penampang non kompak , √ 28,28

Maka penampang badan adalah penampang non kompak


58

2. Penampang badan ( web )

( Tabel B4.1b SNI 1729:2015 )

H/t = 150/3 = 50


Maka penampang badan adalah penampang kompak

Perhitungan kekuatan nominal lentur penampang :

1. Terhadap sumbu - x

Untuk perhitungan kekuatan nominal profil kompak kanal melengkung di sumbu major

dapat dilihat pada SNI 1729:2015 bagian F2

a. Kondisi Leleh

Mn = Mp = Fy.Zx = 1359,36 kgm

b. Tekuk Torsi Lateral

Lb = 2000 mm

Lp = √

920,93 mm

rts = √√

23,15 mm

c = (

)√ = 1,00

Lr =

√

√(

) (

) = 2792 mm

Karena Lp< Lb<Lr , maka nilai Mn dapat dicari dengan persamaan :


59

Mn = ( ) (

) 343,1 kgm

Mn = 0,9( 343,1 ) = 308,7 kgm

Cek persyaratan strength limit state :

Mn> Mux

308,7 kgm > 264,735 kgm

Stress strength ratio = 0,86

2. Terhadap sumbu – y

Untuk perhitungan kekuatan nominal profil kompak kanal melengkung di sumbu major

dapat dilihat pada SNI 1729:2015 bagian F6

a. Kondisi Leleh

Mn = Mp = 1,6.Fy.Zy = 304 kgm

b. Tekuk Lokal Sayap

Untuk penampang sayap non kompak , momen nominal penampang adalah :

Mn = (

) = 125,83 kgm

Mn = 0,9( 125,83 ) = 113,247 kgm

Cek persyaratan strength limit state :

Mn> Mux

113,247 kgm > 5,2 kgm

Stress strength ratio = 0,046


60

Cek terhadap persyaratan strength limit state :

0,86 + 0,046 < 1

0,9< 1

Cek terhadap lendutan :

Lendutan diperiksa terhadap kondisi beban layan ( faktor beban = 1 )

qx = 37,78 kg/m . cos ϴ = 37,2 kg/m

qy = 37,78 kg/m . sin ϴ = 6,56 kg/m

√

18,46 mm

Lendutan izin dalam kondisi layan :

Karena < Δizin , maka profil memenuhi syarat lendutan.


61

4.5 PERENCANAAN BALOK HOIST CRANE

Balok hoist crane direncanakan dengan menggunakan balok double box-girder dengan

data profil sebagai berikut :

B = 300 mm

H =1000 mm

tw = 10 mm

tf = 14 mm

Hw = 974 mm

H0 = 988 mm

Data properti penampang :

Ix = (

) *(

) ( ) + = 3,151.10

9 mm

4`

Iy = (

) ⁄ (

) =2,828.10

8 mm

4

Zx =*

+ (

) =3,65.106 mm

3

Zy =

* ( )

+ 1,78.10

7 mm

3

Gambar 4.2 Perencanaan balok Hoist crane


62

A = 2.[( B.tf ) + ( Hw.tw )] = 27920 mm2

q = A.γbaja = 219,2 kg/m

Perhitungan gaya-gaya ultimit pada balok hoist-crane :

Panjang bentang hoist-crane : L = 30 m – 2.Lconsole = 29 meter

Beban pada 1 balok box-girder : P = Pcrane/2 = 5 Ton

Faktor kejut ( impact factor ) = 1,25

Beban crane desain : P = 5 Ton . 1,25 = 6,25 Ton

Kombinasi pembebanan ultimit : 1,2DL + 1,6LL

Momen maksimum akibat berat sendiri :

23043 kgm

Momen maksimum akibat beban crane :

11328,125 kgm

Momen ultimit :

Mu = 1,2MDL + 1,6MLL =34371,525 kgm

Gambar 4.3 Gaya ultimit pada

balok hoist crane


63

Gaya geser ultimit :

Vu = 1,2( q.L) + 1,6( P/2 ) = 8878,16 kg



λ = B/2.tf = 10,71


Maka penampang sayap adalah penampang kompak


H/t = 976/10 = 97,6




Kekuatan nominal penampang untuk penampang boks dapat dilihat pada SNI

1729:2015 bagian F7 yaitu :

Kondisi pelelehan :

Mn = Mp = Zx.Fy = kgm

*Karena penampang kompak , maka tekuk lokal tidak terjadi


Mn> Mu

0,9() kgm > 33263 kgm

kgm > 33263 kgm


64

Cek terhadap lendutan :

45mm

Lendutan izin dalam kondisi layan :

Karena < Δizin , maka profil memenuhi syarat lendutan.

Cek terhadap geser :

Kuat tahanan geser nominal diatur dalam SNI 1729:2015 bagian G5 yaitu :

Untuk profil pelat badan dari simetri tunggal atau ganda yang direncanakan tanpa

memanfaatkan kekuatan pasca tekuk , kuat geser nominal adalah sebagai berikut :

Vn = 0,6 Fy Aw Cv

Vn = 0,6 ( 240 ) ( 2 x 10 x 976 ) ( 1,0 )

Vn = 281088 kg

Persyaratan limit state :

ϕVn> Vu

0,75 ( 281088 ) kg > 8878,16 kg

210816 kg > 8878,16 kg


65

4.6 PERENCANAAN CONSOLE

Console direncanakan sebagai dudukan dari runway beam dan bridge beam dan bekerja

sebagai balok kantilever terhadap kolom struktur.

Dimana :

P = Vu.2 = 8878,16kg.2 = 17756.32 kg

Mu = P.Lconsole = 8878,16 kgm

Digunakan profil WF 400x200x8x13 :

Zx = 1190 cm3

ry = 4,54 cm

Lp = √

2306 mm

Karena Lb = 500 mm < Lp = 2306 mm , maka Mn diambil pada kondisi pelelehan :

Mn = Zx.Fy = 28560 kgm

Gambar 4.4 Perencanaan Console


66


Mn> Mu

0,9( 28560 ) kgm > 8878,16 kgm

25704 kgm > 8878,16 kgm

4.7 ANALISA STRUKTUR UNTUK BALOK ATAP DAN KOLOM

Beban angin yang bekerja pada struktur portal baja :

Dimana untuk bangunan tertutup :

Di pihak angin : ϴ< 65 C1 = 0,02.ϴ - 0,4

65 <ϴ< 90 C1 = 0,9

Di belakang angin : C2 = -0,4

Maka gaya angin yang bekerja pada struktur portal baja adalah :

Q1 = 30 kg/m2 . 6 m . 0,9 = 162 kg/m

Q2 = 30 kg/m2 . 6 m . (-0,2) = -36 kg/m

Q3 = 30 kg/m2 . 6 m . (-0,4) = -72 kg/m

Gambar 4.5 atap dan kolom


67

Q4 = 30 kg/m2 . 6 m . (-0,4) = -72 kg/m

Beban pada balok atap meliputi :

Beban mati : 10kg/m2 . 6 m = 60 kg/m

Berat sendiri balok diasumsi 100kg/m

Total berat sendiri balok atap = 160 kg/m

Beban hidup : 20 kg/m2 . 6 m = 120 kg/m

Kombinasi pembebanan ultimit yang disyaratkan pada SNI 1727:2013 pasal 2.3.2 adalah

sebagai berikut :

1. 1,4DL

2. 1,2DL + 1,6LL + 0,5Lr

3. 1,2DL + 1,6Lr + ( L atau 0,5W )

4. 1,2DL + 1,0W + L + 0,5Lr

5. 1,2DL + 1,0E + L + 0,2S

6. 0,9DL + 1,0W

7. 0,9DL + 1,0E

Dengan mempertimbangkan beban-beban yang bekerja pada struktur maka digunakan

beberapa kombinasi dari kombinasi diatas yaitu kombinasi (1),(2) dan (4)


68

Analisa struktur dilakukan dengan bantuan program SAP2000 dengan permodelan

beban sebagai berikut :

1. Beban mati ( DL )

2. Beban hidup ( LL )

Beban hidup crane diposisikan pada kondisi crane diposisi sebelah kiri portal.


69

Gaya horizontal yang bekerja saat crane bekerja sebesar 15% sesuai dengan persyaratan

pembebanan SNI 2013.

3. Beban angin ( WL )

Hasil perhitungan analisa struktur ditampilkan dalam tabel berikut :

Balok atap

Struktur

Kombinasi

Mu

( kgm )

Vu

( kg )

Balok

1,4DL 12716 3030

1,2DL+1,6LL 21231,7 5096,5

1,2DL+1,0L+1,0W 10182 3306

1,2DL+1,0L-1,0W 24532 5011

Kolom

Struktur

Kombinasi

Mu

( kgm )

Vu

( kg )

Pu

( kg )

Kolom

1,4DL 11173,8 1900 7861,6

1,2DL+1,6LL 18059 3069 14662,945

1,2DL+1,0L+1,0W 8543 1938 10778

1,2DL+1,0L-1,0W 21213 3443 12603,7

Tabel 4.1 Analisa Struktur Pada balok atap dan kolom


70

4.8 DESAIN STRUKTUR BALOK ATAP ( RAFTER )

Gaya-gaya ultimit yang bekerja pada balok atap :

Mu = 25432 kgm

Vu = 5011 kg

Digunakan balok WF 450x200x14x9 dengan data sebagai berikut :

Ix = 33500 cm4

Iy = 1870 cm4

Zx = 1668,8 cm3

Zy = 209,44 cm3

Sx = 1490 cm3

Sy =187 cm3

ry = 4,4 cm



λ = B/2.tf = 7,14




H/t = 50




71


Untuk perhitungan kekuatan nominal profil kompak simetris ganda melengkung di sumbu

major dapat dilihat pada SNI 1729:2015 bagian F2

a. Kondisi Leleh

Mn = Mp = Fy.Zx = 40051 kgm


Lb = 1200 mm

( Lb = jarak antar gording , karena gording juga berfungsi sebagai pengaku lateral pelat

sayap atas )

Lp = √

2235 mm

Karena Lb< Lp , maka kondisi yang terjadi adalah pelelehan sehingga Mn = Mp


Mn> Mu

0,9( 40051 ) kgm >25432 kgm

36045 kgm >25432 kgm


72

4.9 DESAIN STRUKTUR KOLOM

Gaya-gaya ultimit yang bekerja pada balok atap :

Mu = 18059 kgm

Vu = 3069 kg

Pu = 14662,945 kg

Digunakan balok WF 450x200x14x9 dengan data sebagai berikut :

Ix = 33500 cm4

Iy = 1870 cm4

Zx = 1668,8 cm3

Zy = 209,44 cm3

Sx = 1490 cm3

Sy =187 cm3

ry = 4,4 cm



λ = B/2.tf = 7,14




H/t = 50




73

Untuk struktur kolom , digunakan lateral bracing berupa C150x50 pada arah sumbu lemah

dengan membagi tinggi kolom menjadi 4 , sehingga panjang tekuk kolom terpanjang

adalah sebesar , Lb = 2 meter.


Untuk perhitungan kekuatan nominal profil kompak simetris ganda melengkung di sumbu

major dapat dilihat pada SNI 1729:2015 bagian F2

a. Kondisi Leleh



Lb = 2000 mm

Lp = √

2235 mm

Cw =

= 888698800000 mm

6

rts = √√

52,3 mm

c = (

)√ = 1

J =

∑

= 468412,6 mm4

Lr =

√

√(

) (

) = 6673 mm

Karena Lb< Lp, maka nilai Mn dapat dicari dengan persamaan :

Mn = = 40051 kgm

Mn = 36045,9 kgm


74

Cek kekuatan aksial penampang :

Kelangsingan profil , λ = KL/ry = 2000 mm/44 mm = 45,45

Batas kelangsingan profil , 4,71√ = 133,2

Karena λ <4,71√ = 133 , maka tekuk yang terjadi adalah tekuk inelastis

Maka,

Fcr = (

).Fy

Dimana, Fe = tegangan tekuk euler

Fe =

= 960,94 N/mm

2

Fcr = 216N/mm2

Pn = A.Fcr = 9680 mm2.( 216 N/mm

2 ) = 144288 kg

ϕPn = 115430 kg


Pu/ϕPn = 0,127

Mu/ϕMn = 0,501

+

(

)< 1

0,572 < 1 (ok)


75

BAB V

DESAIN RUNWAY BEAM

5.1 BENTUKRUNWAY BEAM

Runway beam dalam penelitian ini ditinjau dengan 3 bentuk untuk

memperhitungkan keefektifan dan keekonomisan dari desain profil yang digunakan dalam

perencanaan runway beam.Adapun bentuk-bentuk runway beam yang ditinjau sebagai

berikut :

a. Profil WF

b. Profil WF dengan Channel cap


76

c. Profil WF dengan sistem Truss

Gambar 5.1 Profil -profil yang digunakan

Dasar dari pemilihan bentuk-bentuk sistem runway beam adalah untuk

mengantisipasi gaya horizontal yang bekerja pada runway beam ( sesuai dengan

persyaratan pembebanan SNI 2013 ) yaitu sebesar 15% dari beban crane sehingga

menimbulkan momen pada arah sumbu lemah dari runway beam.


77

5.2 PEMBEBANAN PADA RUNWAY BEAM

Beban dari bridge beam dan angkatan crane didistribusikan menjadi 2 beban terpusat pada

runway beam dengan jarak antar roda crane ( s ) sebesar 1500 mm.

Gambar 5.2 . Konfigurasisistem crane

Beban-beban yang bekerja pada runway beam terdiri dari :

1. Beban angkatan crane

P = Pcrane.(1,25)/2 = 1562,5 kg

H = 0,2( P )= 235 kg

2. Berat sendiri Bridge beam

qbridge-beam = 220 kg/m

Lcrane = 29 meter

Beban akibat berat sendiriBridge beam yang ditahan oleh runway beam :

P = 220kg/m . 29 m / 2 = 3190 kg


78

Perhitungan gaya-gaya maksimum pada runway beam :

Kombinasi pembebanan yang ditinjau : 1,2DL + 1,6LL

1,2DL = 1,2( 3190 kg ) = 3828 kg

1,6LL = 1,6( 1562,5 kg ) = 2500 kg

1,6LL = 1,6( 235 kg ) = 376 kg

Jadi , Px = 6328 kg

Py = 376 kg

Momen maksimum akibat beban crane pada sumbu kuat :

Mux = Px ( ½ ( Lp – s )) = 14238 kgm

Momen maksimum akibat beban crane pada sumbu lemah :

Muy = Py ( ½ ( Lp – s )) = 846 kgm

Torsi pada penampang WF :

T = Py ( H/2 ) = 94 kgm

Px

Py

Gambar5.3 Gaya –gaya yang terjadipada runway beam


79

5.3 DESAIN PROFIL WF

5.3.1 PROPERTI PENAMPANG

Digunakan profil WF 450x200x9x14 dengan data penampang sebagai berikut :

Ix = 33500 cm4

Iy = 1870 cm4

Sx = 1490 cm3

Sy = 187 cm3

Zx = 1670 cm3

Zy = 300 cm3

ry = 44 mm

Hw = 422 mm

H0 = 436 mm

J =

∑(

) mm4

Zy ( sayap atas ) =

140 cm

3

Cw =

= 8,89 . 10

11 mm

6

Momen akibat berat sendiri :

Mx = (1/8)( q )( Lportal )2 = 342 kgm


80

5.3.2 PERHITUNGAN KUAT NOMINAL PENAMPANG



λ = B/2.tf = 6,25




H/t = 468/10 = 46,8



Rumusperhitungandiambildari SNI Baja 2015 hal 50 tentangKomponenstruktur I danKanal

yang kompak



a. Kondisi Leleh



Lb = 6000 mm

Lp = √

2236 mm

rts = √√

52,3 mm

c = (

)√ = 1,00

Lr =

√

√(

) (

) = 6677 mm


Mn = ( ( ) (

) 27300 kgm

Mn = 0,9( 27300 ) = 24570 kgm


81

2. Terhadap sumbu y

Karena penampang adalah kompak sehingga tekuk lokal tidak terjadi.Maka momen

nominal penampang terhadap sumbu y adalah :

Mny = Zy.Fy = 7200 kgm

3. Terhadap gaya Torsi

Torsi bekerja pada pelat sayap atas profil sehingga kelelehan yang terjadi adalah pada

pelat sayap atas profil.Maka tegangan geser akibat torsi pada pelat sayap atas adalah

:Rumus ini diambil dari rumus tegangan torsi dengan penampang tipis terbuka

FT = (( )(

)

(

)( )

)=2,01 Mpa

Momen kearah sumbu y akibat torsi dikonversikan dari nilai tegangan yang terjadi

pada pelat sayap atas.

21,42 Mpa


Mux/ϕMnx = 0,6

Muy/ϕMny = 0,1175

FT/ϕFy = ( 2,01+21,42 )/( 0,54 x 240 ) = 0,18

Total rasio = 0,9< 0,95


82

5.3.3 KONTROL TERHADAP LENDUTAN

Lendutan sumbu x :

Lendutan izin dikontrol sebesar L/500 = 20 mm

Lendutan sumbu y :


Jadi desain runway beam dengan profil WF dibutuhkan profil WF 450x200.


83

5.4 DESAIN PROFIL WF DENGAN CHANNEL CAP

5.4.1 PROPERTI PENAMPANG

Digunakan profil WF 350x175x11x7 dengan data :

Ix = 13600 cm4

Iy = 792 cm4

Sx = 641 cm3

Sy = 91 cm3

Zx = 718 cm3

Zy = 145,6 cm3

ry = 38,8 mm

Hw = 328 mm

H0 = 339 mm

A = 6314 mm2

Untuk channel-cap , digunakan profil UNP 250x90x9x13 dengan data :

A = 4407 mm2

e = 24,3 mm

Ix = 4180 cm4

Iy = 306 cm4

Sx = 335 cm3

Sy = 46,5 cm3


84

Perhitungan titik berat profil built-up :

Section Area(mm2) Yb(mm) A.Yb Ix0

W 6314 175 1104950 1,36E+08

C 4407 354,5 1562281,5 4,18E+07

Total 10721 2667231,5 1,78E+08

Yb = 249 mm

Yt = 110 mm

Momen inersia dari profil built-up :

∑ (

) ( )

Iy = Iy(WF) + Iy(WC) = 1,29. 107 mm

4

Menghitung tebal pelat sayap ekuivalen :

Iy-atas = (1/12).B3.tf + Iy(WC) = 7,97 .10

6 mm

4

Tabel 5-1PerhitunganTitikBeratprofil built-up


85

Aatas = B.tf + Ac = 6332 mm2

Dimana : Be = lebar ekuivalen pelat sayap atas

Te = tebal ekuivalen pelat sayap atas

Maka , nilai Be dan Te dapat dicari dengan persamaan :

Ae = Aatas

Iy(e) = Iy-atas

Didapatkan nilai : Be = 122,92 mm

Te = 51,5 mm

Menghitung properti penampang ekuivalen :

Section A Yb A*Yb Ix0

mm2 mm mm

3 mm

4

A 1925 5,5 10587,5 19410,42

B 2296 175 401800 20584405,33

C 6332 364,76 2309637,984 27181,66

∑ 10553 2722025,484 20630997,41

Yb = 257,94 mm

Yt = 132,57 mm

Momen inersia penampang pelat bawah :

Iy-bawah = (1/12).(B).tf3 = 4,913 .10

6 mm

4

Total momen inersia :

Iy = 12,883 . 106 mm

4

Radius girasi :

ry = √ = 35,48 mm

Tabel 5-2Perhitungan property penampangekuivalen


86

Section properties penampang :

Sx-atas = Ix / Yt = 1845 cm4

Sy-bawah = Ix/Yb = 948 cm4

( Sx-bawah/Sx-atas ) = 0,51 < 0,7

Konstanta torsi penampang :

J = JWF + JC = 192784 + 192570 = 385354 mm4

Menghitung pusat geser penampang ekuivalen :

d’ = Htotal – ( Te + tf )/2 = 390,5 – ( 51,5 – 11 )/2 = 370,25 mm

α = 1/( 1 + (Be/B)3(Te/tf) ) = 0,38

Y0 = Yt – ( Te/2 ) – α.d’ = 33,875 mm ( diatas Yt )

Gambar 5.4Pusat geser penampang ekuivalen

Torsi pada penampang :

T = H ( Yt – Y0 ) = 376 kg ( 0,132 – 0,033 ) = 37,6 kgm


87




λ = B/2.tf = 7,95




H/t = 52,9




Perhitungan kekuatan lentur untuk profil I simetris tunggal ditentukan dalam SNI

1726:2015 pada bagian F4 sebagai berikut :


a. Kondisi Leleh Sayap Bawah


b. Kondisi Leleh Sayap atas


c. Tekuk Torsi Lateral

Lb = 6000 mm

aw =

= 0,18


88

rts =

√ (

)

= 36,54 mm

Lp = √

1160 mm

Lr =

√

√(

) (

) = 10271 mm


Mn = ( ( ) (

) 40570kgm

Maka , digunakan nilai Mn terkecil yaitu ϕMn = 20478 kgm

2. Terhadap sumbu y

Karena penampang adalah kompak sehingga tekuk lokal tidak terjadi.Maka momen

nominal penampang terhadap sumbu y adalah :

Mny = Zy.Fy = 7680 kgm

3. Terhadap gaya Torsi

Torsi bekerja pada pelat sayap atas profil sehingga kelelehan yang terjadi adalah pada

pelat sayap atas profil.Maka gaya geser akibat torsi pada flens adalah :

FT= (( )(

)

(

)( ))=0,891

Tegangan geser akibat torsi murni :


89

0,878 Mpa


Mux/ϕMnx = 0,6

Muy/ϕMny = 0,1175

FT/ϕFy=(0,878 + 0,891/0,54.240) = 0,014

Total rasio = 0,7315< 0,95


Lendutan sumbu x :


Lendutan sumbu y :


Jadi desain runway beam dengan profil WF+Channel cap dibutuhkan profil WF 350x175

dan UNP 250x90x9x13


90

5.5 DESAIN PROFIL DENGAN TRUSS

5.5.1 GEOMETRI SISTEM TRUSS

Gambar 5.5 Konfigurasi rumway beam dengan Truss

Sistem rangka atau Truss ke arah sumbu lemah balok bertujuan untuk mencegah terjadinya

momen ke arah sumbu lemah dan sebagai pengaku lateral pada balok untuk mencegah

terjadinya tekuk torsi lateral pada balok.

5.5.2 PROPERTI PENAMPANG BALOK

Digunakan profil WF 396x199x7x11 dengan data penampang sebagai berikut :

Ix = 20000 cm4

Hw = 374 mm

Iy = 1450 cm4

H0 = 385 mm

Sx = 1010 cm3

Sy = 145 cm3

Zx = 1131 cm3

Zy = 101,92 cm3

ry = 44,8 mm


91

Momen akibat berat sendiri :

Mx = (1/8)( q )( Lportal )2 = 254,7 kgm




λ = B/2.tf = 9,0




H/t = 53,4




a. Kondisi Leleh



Lb = 2500 mm

Lp = √

2640 mm

Karena Lb< Lp , maka tidak terjadi tekuk torsi lateral

Kuat nominal penampang arah sumbu kuat , ϕMn = 24433 kgm

Demand/Capacity ratio = Mu/ϕMnx = 0,87< 0,95 ........... oke


92

5.5.4 DIMENSI SISTEM TRUSS

Perhitungan gaya ultimit dan dimensi pada sistem rangka dilakukan dengan bantuan

program analisa struktur SAP2000 dengan model sebagai berikut :

Gambar 56. Model sistem rangka ( Beban mati )

Gambar 5.7 .Model sistem rangka ( Beban hidup )


93

Dari hasil analisa dengan program SAP2000 , didapatkan hasil ukuran profil untuk sistem

rangka sebagai berikut :

a. Tie Beam

Profil = C150.50.20.5

D/C = 0,071

b. Truss

Profil = L50.50.5

D/C = 0,122




94

5.6 PERBANDINGAN EKONOMI TIAP TIPE RUNWAY BEAM

Pembatasan perbandingan dari segi ekonomi dalam penelitian ini ditinjau dari berat besi

yang digunakan untuk memenuhi kriteria minimum dari syarat-syarat desain runway

beam.Hasil analisa perbandingan ditampilkan sebagai berikut :

Tabel 5.3 Perbandingan berat besi tipe runway beam

Tipe Runway Beam Panjang

( m )

Berat / m

( kg/m )

Total berat

( kg )

Tipe WF :

WF 450.200.9.14

6

76

456

Tipe WF+Channel Cap :

WF 400.200.8.13

UNP 250.90.9.13

6

6

66

34,6

Total

396

207.6

603,6

Tipe Truss :

WF 396.199.7.11

L50.50.5

L50.50.5

C150.20.3

6

4 x 2,6

3 x 0,725

6

56,5

3,77

3,77

6,37

Total

339

24.8

8,2

38.22

410,22

Dari hasil perbandingan diatas , dapat dilihat bahwa tipe runway beam yang memberikan

sisi paling ekonomis dari segi berat material adalah dengan sistem rangka.


95

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Tugas akhir ini membahas mengenai buckling yang diakibatkan oleh bridge beam

memikul beban yang terlalu berat serta mendesign profil sedemikian rupa sehingga didapat

design yang paling ekonomis.Dari analisis yang telah dilakukan dengan menggunakan 3

macam profil dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Pada runway Beam dengan panjang 6 m dan bentang 29 m didapatkanprofil I

dengan sistem truss lah yang paling ekonomis

2. Dari hasil analisis yang didapat pada panjang runway beam bentang 29 m profil

tipe channel cap merupakan profil yang paling tidak ekonomis

3. Pada runway beam dengan bentang 29m disimpulkan bahwa profil I dengan

sistemTrusss mempunyai ketahanan yang lebih besar terhadap buckling

4. Pada runway beam lendutan yang dihasilkanoleh channel cap lebih besar dari

profil lainnya


96

5.2 Saran

Beberapa saran untuk memberikan dorongan penelitian yang lebih jauh di masa yang

akan datang yaitu sebagai berikut:

1. Analisis dapat dilakukan kembali dengan menggunakan parameter panjang runway

beam dan bridge beam yang berbeda

2. Profil Runway beam yang digunakan dapatdiganti denganprofil H beam, atau kanal U

3. Pengaruh panjang bridge beam dan beban yang bervariasi dapat menjadi suatu

parameter yang cukup menarik untukdibahas.


xv

DAFTAR PUSTAKA

American Institue of Steel Construction (AISC) (2010) “Spesification for Structural Steel”

Building, 14th

ed.,Chicago,IL.

A.Y.T. Leung (2007) “Exact dynamic stiffness for axial-torsional buckling of structural

frames”,Hong Kong

Dongxiao Wu P. Eng. (Alberta Canada) (2012) “Crane Load and Crane Runway Beam

Design”

Duerr, Duerr, P.E. .(2015). “Lateral-Torsional Buckling of Suspended I-Shape Lifting Beams,

“Practice Periodical on Structural Design and Construction,vol. 21,No 1 “

Dux, P.F., and Kitipornchai, S. (1990). “Buckling of Suspended I-Beams.”Journal of

structural Engineering, Vol. 116,No7,pp. 1877-1891

Prakash M.Mohite dan Aakash C. Karoo (2015) “Buckling Analysis of Cold Formed Steel For

Beams”,India

Standar Nasional Indonesia (SNI) 03-1727-2013, Beban Minimum untuk Perancangan

Bangunan Gedung dan Struktur Lain, Jakarta

Standar Nasional Indonesia (SNI) 1729-2015, Spesifikasi untuk bangunan baja

structural,Jakarta

Wiryanto Dewobroto (AISC) (2010) “Struktur Baja - Perilaku,Analisis dan Desain”

Luminas Press., April 2015


analisa dan design runway beam pada hoist crane …

Documents