TUGAS AKHIR

ANALISA RANGKA BAJA PADA HANGGAR

BERBASIS FINITE ELEMENT METHOD DENGAN

APLIKASI SAP (Structure Analysis Program)

ANDI ILHAM M. NUGRAWAN

D111 10 110

JURUSAN SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS HASANUDDIN

2016

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis peranan batang skur pada struktur

rangka baja hangar. Data diambil melalui sebuah studi kasus hangar yang telah

roboh sebagai sebuah pendekatan tinjauan hubungan perilaku batang skur dengan

berbagai jenis model dan tumpuan di salah satu bentangnya dengan bentang 90

meter dan tinggi sekitar 18 meter. Studi kasus ini merupakan studi lapangan pada

sebuah struktur yakni Hanggar Balai Besar Kalibrasi Bandar Udara Sultan

Hasanuddin yang rubuh pada hari Minggu, 9 Maret 2015. Gedung Hanggar

merupakan sebuah struktur terbuka dengan komponen strukturnya adalah struktur

rangka baja yang didudukkan pada kolom beton. Penelitian ini diutamakan pada

mencari besarnya kekuatan struktur hanggar berbagai model dalam kapasitasnya

menahan beban luar secara analisis dengan Metode Elemen Hingga (MEH),

menggunakan Aplikasi SAP (Structure Analysis Program).

Kata Kunci : Rangka Baja, Batang Skur, Metode Elemen Hingga (MEH), SAP

ABSTRACT

This research is intended to analyze braching frame role in steel truss structure of

hangar. The data were collected through a case study of hangar that has

collapsed as an approach to the description of the relationship with the model

type and pedestal in one of the spans with a span of 90 meters and a height about

18 meters. This case study is a field study on a structure of the Hasanuddin

Sultan's Calibration Hanggar Hall which collapsed on Sunday, March 9, 2015.

The Hanggar Building is an open structure with its structural components, a steel

frame structure mounted on a concrete column. This research is prioritized to find

out the structural strength of various models in its capacity to withstand external

load with Finite Elements Method (FEM), using the SAP (Structure Analysis

Program) Application.

Key Words: Steel Truss, Braching Frame, Finite Element Method (FEM), SAP

KATA PENGANTAR

Bismillahi Ar-Rohmaani Ar-Rohiim.

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, penulis persembahkan

dengan selesainya tugas akhir ini, karena hanya dengan anugrah-Nyalah penulis

dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tugas akhir dengan judul “Analisa

Rangka Baja pada Hanggar menggunakan Finite Element Method dengan

Aplikasi SAP (Structure Analysis Program)”.

Tugas akhir ini adalah sebagai salah satu persyaratan yang diajukan untuk

menyelesaikan studi pada Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin

Makassar. Tugas akhir ini disusun berdasarkan hasil penelitian komputasi dan

peninjauan lapangan yang dilakukan di Hanggar Balai Besar Kalibrasi Bandar

Udara Sultan Hasanuddin dan Laboratorium Riset Struktur dan Bahan Jurusan

Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam rangkaian kegiatan penelitian

serta penulisan tugas akhir ini tidak akan terlaksana sebagaimana yang diharapkan

tanpa adanya bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu pada

kesempatan ini perkenankan penulis menghaturkan terima kasih yang sebesar

besarnya kepada :

1. Ibu, Ayah dan adik - adik tercinta atas bantuan dan dukungannya

baik spiritual maupun materil.

2. Dr. Eng. Rudi Djamaluddin, ,ST. M. Eng, selaku pembimbing I, yang

telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan

pengarahannya.

3. Ir. H. Ahmad Bakri Muhiddin, MSc. Ph. D, selaku pembimbing II,

yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan

pengarahannya.

4. Dr. Ir. Muhammad Arsyad Thaha, MT, selaku ketua Jurusan Sipil

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.

5. Jodie Prayogo ST, yang bersama-sama dengan penulis mengerjakan

dan menyelesaikan penelitian baik di lapangan maupun di

laboratorium.

6. Dr. Ir. Arwin Amiruddin MT, selaku Pembimbinig Akademik yang

memberikan nasihat dan semangat pada saya selama penyusunan

tugas akhir ini.

7. Prof. Dr. M. Wihardi Tjaronge, ST, M. Eng, yang telah meminjamkan

beberapa literatur yang berkaitan serta bimbingan-bimbingan selama

penyusunan tugas akhir ini.

8. M. Akbar Tjaronge, ST, MT, yang telah memberikan petunjuk-

petunjuk penggunaan aplikasi SAP

9. Para dosen, staff dan pegawai di Jurusan Sipil Fakultas Teknik

Universitas Hasanuddin.

10. Rekan-rekan Himpunan Mahasiswa Sipil (HMS) FT-UH yang telah

memberikan semangat dan dukungan doa.

11. Rekan-rekan mahasiswa di Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas

Hasanuddin khusunya Angkatan 2010, dan semua pihak yang telah

membantu penulis baik dalam bentuk materiil maupun immateriil,

semoga Tuhan menerima amalan kita dalam beribadah di jalanNya.

Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam tugas akhir ini, oleh

karena itu penulis mengharapkan rekan-rekan sekalian dapat memberikan kritik

dan saran yang membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata,

Penulis mengharapkan tugas akhir ini dapat berguna bagi kita semua, bangsa dan

negara.

Makassar ,

September 2016

Penulis

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iv

KATA PENGANTAR ....................................................................................................... vi

DAFTAR ISI .... ................................................................................................................ ix

DAFTAR TABEL .............................................................................................................. xi

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................ xii

DAFTAR GRAFIK ................................................................................................ xv

ABSTRAK…….………………………………………………………………. xiv

BAB I PENDAHULUAN.................................................................................... I-1

I.1 Latar Belakang Masalah ............................................................................... I-1

I.2 Tujuan Penelitian .......................................................................................... I-4

I.3 Rumusan Masalah ......................................................................................... I-4

I.4 Batasan Masalah ........................................................................................... I-4

I.5 Sistematika Penulisan ................................................................................... I-5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................... II-1

II.1 Tinjauan Umum ......................................................................................... II-1

II.1.1 Hanggar ................................................................................ II-1

II.1.2 Baja ....................................................................................... II-1

II.1.3 Kolom Beton ........................................................................ II-9

II.2 Perhitungan Struktur ................................................................................ II-10

II.2.1 Perhitungan Kekuatan Struktur .......................................... II-10

II.2.2 Pembebanan ........................................................................ II-11

II.3 Sistem Struktur Hanggar ......................................................................... II-12

II.3.1 Kuda-Kuda ......................................................................... II-12

II.3.2 Faktor Reduksi Kekuatan untuk Baja ................................. II-13

II.3.3 Faktor Reduksi Kolom Beton ............................................. II-14

II.3.4 Tahap Analisa Kuda-Kuda ................................................. II-14

II.4 Analisis Struktur Kuda-Kuda Menggunakan SAP .................................. II-15

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................................ III-1

III.1 Pengamatan Visual .................................................................................. III-1

III.2 Pengukuran .............................................................................................. III-1

III.3 Rancangan Penelitian .............................................................................. III-3

III.3.1 Analisis Struktur ............................................................... III-3

III.3.2 Pemodelan Struktur ........................................................... III-4

III.3.3 Pengkodean Model ............................................................ III-5

III.3.4 Model Finite Elemen ......................................................... III-7

III.3.5 Pembebanan Struktur ........................................................ III-8

III.3.6 Metodologi Pengambilan Data Lapangan ......................... III-9

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................... IV-1

IV.1 Desain Struktur ....................................................................................... IV-1

IV.2 Pemodelan ............................................................................................... IV-3

IV.3 Output Analisis ....................................................................................... IV-4

IV.3.1 Lendutan ........................................................................... IV-5

IV.3.2 Gaya-Gaya Batang .......................................................... IV-10

IV.3.3 Tegangan ......................................................................... IV-24

BAB V PENUTUP ......................................................................................................... V-1

V.1 Kesimpulan ................................................................................................ V-1

V.2 Saran .......................................................................................................... V-2

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel Mutu Baja

Tabel 2.2 Ukuran Profil Untuk Tiap Jenis Material

Tabel 2.3 Tabel Faktor Reduksi (Φ) Untuk Keadaan Kekuatan Batas

Material Baja

Tabel 2.4 Tabel Pembebanan Angin

Tabel 3.1 Hasil Pengukuran Section Properties di Lapangan

Tabel 3.2 Variasi Pemodelan Model

Tabel 3.3 Sifat-Sifat Material Siap Input

Tabel 4.1 Pengukuran Langsung Profil Baja pada Hanggar di Lapangan

Tabel 4.2 Displacement Maksimum dan Minimum dari Tiap Model

Tabel 4.3 Rekapitulasi Gaya Aksial dari Setiap Model

Tabel 4.4 Rekapitulasi Gaya Geser dari Setiap Model

Tabel 4.5 Rekapitulasi Momen Lentur dari Setiap Model

Tabel 4.6 Tabel informasi profil baja yang akan ditinjau

Tabel 4.7 Nilai faktor tekuk untuk setiap batang yang akan ditinjau

Tabel 4.8 Rekapitulasi Tegangan Terberat di Setiap Modelnya

Tabel. 4.9. Rekapitulasi Tegangan Maksimum Pada Batang Skur

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Lokasi Pembangunan Hanggar

Gambar 1.2 Tampak Pasca Roboh Hanggar Bandara Sultan

Hasanuddin

Gambar 2.1 Kurva Hubungan Tegangan (f) vs Regangan (ε)

Gambar 2.2 Bagian Kurva Tegangan – Regangan yang Diperbesar

Gambar 2.3 Detail Rangka Kuda-Kuda pada salah satu ujungnya

Gambar 2.4 Tampak depan hanggar dengan keterangan panjang batang

Gambar 2.5 Bentuk kolom (a) kolom bulat tulangan spiral; (b) kolom

segi empat; (c) kolom komposit bulat tulangan spiral; (d)

kolom komposit segiempat.

Gambar 2.6. Window Define Material

Gambar 2.7 Sifat material Beton fbk 350 kg/cm²

Gambar 2.8 Sifat material Baja

Gambar 2.9 Sifat material Besi

Gambar 2.10 Window dari Modify Frame Section dengan satuan mm

untuk Baja IWF 400x200x8x13

Gambar 2.11 Window dari Modify Frame Section dengan satuan mm

untuk Baja IWF 600x200x13x23

Gambar 2.12 Window dari Modify Frame Section dengan satuan mm

untuk Besi Siku Double 150x150x15x15 Spasi 8,88

Gambar 2.13 Window dari Modify Frame Section dengan satuan mm

untuk Kolom Beton 180x90

Gambar 2.14 Memodelkan frame hanggar

Gambar 2.15 Memodelkan tumpuan hangar

Gambar 2.16 Mendefinisikan release partial fixity

Gambar 2.17 Hasil definisi release partial fixity

Gambar 2.18 Window Opsi Definisi Beban

Gambar 2.19 Window Beban Mati

Gambar 2.20 Window Beban Angin

Gambar 2.21 Window Beban Hidup Pekerja

Gambar 2.22 Window Beban Struktur itu Sendiri

Gambar 2.23 Window Kombinasi Pembebanan

Gambar 2.24 Beban Angin

Gambar 2.25 Beban Hidup (Beban Pekerja)

Gambar 2.26 Window analysis options

Gambar 2.27 Window Faktor Reduksi Kekuatan Material

Gambar 3.1 Profil Baja IWF

Gambar 3.2 Profil Siku Double

Gambar 3.3 Profil Kolom Beton

Gambar 3.4 Tampak 3D pemodelan hangar di salah satu bentangnya

Gambar 4.1 Tampak Depan Desain Struktur Hanggar

Gambar 4.2 Detail Desain Struktur Hanggar

Gambar 4.3 Keterangan Dimensi Profil dan Kolom

Gambar 4.4 Window Export Analysis Report untuk mendapatkan File

Excel Spreadsheet

Gambar 4.5 Sumbu Lokal Joint pada Struktur Hanggar dengan

tampilan x-z

Gambar 4.6 Sumbu Lokal Joint pada Struktur Hanggar dengan

tampilan 3d

Gambar 4.7 Lendutan Model 5 Kombinasi Pembebanan 1 dengan

Skala Displacement 100

Gambar 4.8 Petunjuk Arah Displacement pada Model 5 kombinasi

pembebanan satu pada joint 11 (Gambar panah pada

gambar hanya menjelaskan arah displacement)

Gambar 4.10 Petunjuk sumbu lokal pada frame terhadap sumbu global

dalam berbagai situasi

Gambar 4.11 Penggunaan sumbu lokal saat mendesain profil batang

yang akan dimodelkan.

Gambar 4.12 Diagram fill Gaya Aksial Model 5 Kombinasi 1

Gambar 4.13 Gambar Lokasi Terjadinya Beban Aksial Terberat

Gambar 4.14 Diagram Fill Gaya Geser Model 5 Kombinasi 1

Gambar 4.15 Kontur Momen Lentur Model 5 Kombinasi 1

Gambar 4.16 Gambar Lokasi Terjadinya Momen Lentur Terberat

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Perbandingan Lendutan Maksimum di tiap model

Grafik 4.2 Perbandingan Gaya Aksial di Batang Skur

Grafik 4.3 Perbandingan Gaya Aksial di Batang Memanjang Bawah

Grafik 4.4 Perbandingan Gaya Aksial di Batang Memanjang Atas

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang Masalah

Bangunan hanggar merupakan bangunan yang digunakan untuk mewadahi

kegiatan perawatan dan pemeliharaan pesawat terbang. Namun, terdapat beberapa

permasalahan yang disebabkan beberapa hal sehingga pembangunan hanggar pada

Bandara Internasional Sultan Hasanuddin di Makassar gagal karena roboh di

tengah-tengah pembangunan. Proses pembangunan telah sampai pada

pembangunan rangka struktur, yaitu kuda-kuda yang dipasang di atas dua kolom

persegi.

Perancangan atap dengan menggunakan kuda-kuda cukup digemari karena

perbandingan keringanan pada beban yang bisa ditahan kuda-kuda dan tidak

membutuhkan banyak perawatan setelah penginstalan. Kuda-kuda mempunyai ciri

khas memiliki batang-batang lurus yang saling menyambung pada sendi, yang

biasanya dinamakan sebagai titik buhul. Kuda-kuda biasanya terdiri dari bagan-

bagan segitiga karena kestabilan struktur bentuknya. Segitiga adalah geometri

tersimple yang tidak akan berubah bentuk ketika panjang sisi-sisinya dibetulkan.

Sebagai perbandingan, kedua sudut dan panjang dari figur segi empat harus

diubah bersama-sama agar figur tersebut tetap segi empat.

Awal dari semua bangunan bagaimanapun ukurannya, adalah perencanaan.

Salah satunya adalah perencanaan struktur. Perencanaan struktur dimulai dari

perhitungan beban yang bekerja hingga pemilihan material yang cocok digunakan

untuk pembangunan tersebut. Perhitungan beban ada banyak metode. Dari yang

paling simpel, Metode Statika. Ilmu yang bergantung dengan 3 persamaan

kesetimbangan. Hingga metode rumit seperti Metode Elemen Hingga (Finite

Element Method). Metode yang membagi materi yang terbebani menjadi

beberapa elemen-elemen yang akan dihitung berkesinambungan. Pemilihan

material yang sesuai juga memiliki metode tertentu dalam prosesnya. Seperti

desain profil beton, panjang bentang, luas tulangan hingga kontrol lentur dan

kontrol tekuk.

Proses perencanaan ini berkembang dari zaman ke zaman. Mulai dimana

semua hanya bergantung pada perhitungan di atas kertas dan memakan waktu,

sekarang bisa diselesaikan dengan proses perhitungan komputer melalui aplikasi-

aplikasi yang dikembangkan. Seperti “Structure Analysis Program” atau disingkat

SAP.

SAP adalah aplikasi analisis struktur yang telah berkembang sejak 30

tahun yang lalu. SAP adalah aplikasi yang didesain untuk keperluan pekerjaan

teknik pada permodelan jalan, jembatan, bangunan, rumah dan masih banyak

kemungkinan lainnya seperti yang akan penulis analisa pada kesempatan kali ini

yaitu hanggar. Aplikasi ini menggunakan Metode Elemen Hingga sebagai dasar

algoritma perhitungannya.

Metode Elemen Hingga adalah salah satu metode numerik yang paling

banyak dipakai di dunia engineering dan diajarkan di dunia. Metode ini berusaha

memecahkan persamaan dengan variable yang melebihi persamaan yang tersedia

(partial differencial equations) dan persamaan integrasi lainnya yang dihasilkan

diskritisasi benda kontinum. Meski berupa pendekatan, metode ini terkenal cukup

ampuh memecahkan struktur-struktur yang kompleks dalam analisis mekanika

benda padat. Biasanya matematikawan mencari closed form dalam setiap

perhitungan. Hanya saja karena sudah mentok, maka metode pendekatan dengan

memanfaatkan metode numerik inipun dikembangkan.

Pada kesempatan ini, penulis akan mencoba menganalisa penyebab

robohnya hanggar Bandara International Sultan Hasanuddin. Dengan bantuan

aplikasi SAP. Bandara tersebut roboh ketika pengerjaan bentang ke-11

dilaksanakan. Keadaan roboh hanggar adalah pilar pada bentang ke 9, 8, 7, 6 dan

5 roboh ke arah dalam hanggar dengan pondasi masih tertanam di tanah dan

hampir seluruh kuda-kuda bergeser dari posisi yang bisa disangga oleh batang

skur. Tanah dimana pilar-pilar itu dipasang dalam keadaan basah. Diduga oleh

pekerja lapangan, deformasi tanahlah yang menyebabkan robohnya hanggar

tersebut.

Gambar 1.1. Lokasi Pembangunan Hanggar

Gambar 1.2 Tampak Pasca Roboh Hanggar Bandara Sultan Hasanuddin

Dari uraian persoalan yang ada diatas, penulis ingin mencoba mengkaji

lebih jauh penyebab robohnya hanggar Bandara Internasional Hasanuddin dengan

mengangkat judul “Analisa Rangka Baja pada Hanggar menggunakan Finite

Element Method dengan Aplikasi SAP (Structure Analysis Program)”.

I.2 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah :

1. Untuk menganalisa besar beban axial pada rangka batang hanggar serta

besar momen, gaya geser, dan lintang pada pilar hanggar menggunakan

SAP.

2. Untuk mengetahui kapabilitas material hanggar dalam menerima beban

yang terjadi pada struktur hanggar menggunakan SAP.

3. Untuk mengidentifikasi sebab rubuhnya hanggar tersebut.

I.3 Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana kekuatan gaya yang diterima pada struktur?

2. Bagaimana potensi material dalam menerima beban pada struktur hanggar?

3. Bagaimana terjadinya gagal konstruksi pada hanggar saat konstruksi

sedang berjalan?

I.4 Batasan Masalah

Dalam memberikan penjelasan dari permasalahan guna memudahkan

dalam menganalisis, maka terdapat pembatasan masalah yang diberikan pada

penulisan tugas akhir mengenai Permodelan Rangka Baja pada Hanggar:

1. Penelitian ini dilakukan hanya menggunakan aplikasi SAP

2. Menggunakan berbagai macam model hangar, yang akan dijelaskan lebih

mendetail pada bab III sub-bab 3.3.3 Pengkodean Model.

3. Pondasi pada struktur pada segala model dianggap dapat menahan beban

apapun sesuai peruntukannya.

4. Design kolom beton pada struktur mengikuti perencanaan design kolom

pada shopdrawing.

5. Plat buhul pada struktur dianggap dapat menahan beban apapun.

6. Standar pembangunan mengacu pada Standar Nasional Indonesia atau

SNI.

7. Parameter pengujiannya yaitu secara simulasi dan parameter yang

dibutuhkan saja.

I.5 Sistematika Penulisan

Sistematika pembahasan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

BAB I Pendahuluan

Berisi latar belakang identifikasi masalah, tujuan penulisan, pokok

masalah, rumusan masalah, batasan masalah, dan sistematika

penulisan.

BAB II Tinjauan Pustaka

Berisi memaparkan tentang kondisi terkini hanggar Bandara

Internasional Hasanuddin. Teori, konsep dasar tentang Metode Elemen

Hingga pada Struktur, serta teori dasar SAP.

BAB III Metodologi Penelitian

Berisi tahapan penelitian yang dilakukan dan pelaksanaan

pengumpulan data berdasarkan pada pendekatan teori yang diuraikan.

BAB IV Hasil dan Pembahasan

Berisi data yang diperoleh dari proses pengumpulan, yang selanjutnya

dilakukan pengolahan untuk kepentingan analisis yang menghasilkan

tingkat pengoptimalisasian studi.

BAB V Penutup

Berisi kesimpulan hasil penelitian dan saran berdasarkan pada hasil

analisis yang telah dilakukan dalam tugas akhir ini.