chapter iii-v honey comb.pdf

BAB III

RANGKA KAKU ( RIGID FRAME )

III.1. Pendahuluan

Struktur rangka kaku (rigid frame) adalah struktur yang terdiri atas elemen elemen

linear, umumnya balok dan kolom, yang saling dihubungkan pada ujung ujungnya oleh titik

hubung yang dapat mencegah rotasi relatif diantara elemen struktur yang dihubungkan.

Dengan demikian elemen struktur ini menerus pada titik hubung tersebut. Seperti halnya pada

balok menerus, struktur rangka kaku adalah statis tak tentu.

Banyak struktur rangka kaku tampaknya sama dengan sistem post and beam, tetapi

pada kenyataannya struktur rangka kaku memiliki perilaku yang berbeda dikarenakan adanya

kekuatan titik hubung pada rangka kaku. Titik hubung dapat cukup kaku sehingga

memungkinkan kemampuan untuk memikul beban lateral pada rangka.

III.2. Prinsip Prinsip Umum

Cara yang paling konvensional dalam memahami perilaku struktur rangka kaku adalah

dengan membandingkan perilakunya terhadap beban dengan struktur balok menerus. Perilaku

keduanya sangat berbeda dalam hal titik hubung, pada rangka kaku titik hubungnya bersifat

kaku, sedangkan pada balok menerus titik hubungnya tidak kaku. Pada rangka kaku apabila

memikul beban vertikal, kolom pada rangka dapat mengurangi rotasi balok. Hal ini berarti

mengikatnya lendutan ditengah bentang elemen horizontal pada rangka, kolom memiliki

kecenderungan menahan putaran sudut ujung balok. Kecenderungan ini menyebabkan

berkurangnya defleksi pada bentang balok.

Universitas Sumatera Utara

Titik hubung kaku tidak dapat benar benar memberikan tahanan rotasi karena dibebani,

maka balok cenderung berotasi, yang berarti juga menyebabkan kolom cenderung berotasi.

Dengan demikian, titik hubung itu berfungsi sebagai satu kesatuan, yang berarti apabila titik

ujung itu berotasi, maka sudut relatif antara elemen elemen yang dihubungkan tidak

berubah ( apabila sudut antara balok dan kolom semula 90, setelah titik hubung berotasi,

sudut tersebut tetap 90. Besar rotasi titik hubung ini tergantung pada kekakuan relatif antara

balok dan kolom. Apabila kolom semakin kaku relatif kepada balok, maka ujung kolom

terhadap balok tersebut semakin mendekati sifat jepit, sehingga rotasi ujung semakin kecil

(bagaimanapun rotasi meskipun kecil selalu terjadi).

Dari tinjauan desain, perilaku yang dijelaskan di atas secara umum berarti bahwa

balok pada sistem rangka kaku yang memikul beban vertikal dapat didesain relatif lebih kecil

daripada balok pada sistem post-and-beam. Ukuran relatif kolom ini akan semakin

dipengaruhi apabila tekuk juga ditinjau karena kolom pada struktur rangka mempunyai

tahanan ujung, sedangkan struktur kolom pada post-and-beam tidak.

Perbedaan lain antara struktur rangka kaku dengan struktur balok menerus adalah

adanya reaksi horizontal pada struktur rangka kaku, sementara pada struktur balok menerus

tidak ada.

Struktur Balok Menerus Struktur Rangka Kaku

Gambar III.2.1 Perilaku umum struktur kaku.


Adanya gaya horizontal ini dapat mudah dimengerti apabila kita meninjau dahulu struktur

rangka kaku yang salah satu tumpuan sendinya kita ubah menjadi rol yang dapat bergerak

horizontal. Bentuk defleksinya akan seperti terlihat pada Gambar III.3.2. Karena pada

kenyataannya tumpuan tersebut adalah sendi ( atau mungkin jepit ), maka harus ada gaya

horizontal yang mempertahankan posisi titik tumpuan semula. Pondasi untuk rangka harus

didesain untuk memikul gaya dorong horizontal yang ditimbulkan oleh beban vertikal yang

bekerja padanya. Sedangkan pada struktur balok menerus, kolomnya tidak memikul gaya

horizontal, akibatnya struktur pondasinya lebih sederhana dibandingkan pondasi rangka kaku.

III.3. Analisis Rangka Kaku

(a) Beban vertikal menyebabkan ujung bawah kolom bergerak kea rah luar struktur.

(b) Apabila salah satu tumpuan sendi dilepaskan, pada struktur terjadi gerakan horizontal. Gaya yang diperlukan untuk mengembalikan struktur ke bentuk semula sama dengan tendangan horizontal yang timbul di lokasi yang sama.

Gambar III.2.2 Gaya dorong (thrust) pada struktur rangka kaku yang memikul beban vertikal. [Schodek, Daniel L, STRUKUTUR]


C. Metode Analisis Pendekatan

Metode analisis yang diuraikan di sini didasarkan atas asumsi penyederhanaan. Oleh

karena itu , solusinya pun hanya merupakan pendekatan. Sekalipun demikian, analisis

pendekatan yang diuraikan disini sangat berguna dalam tahap prarencana untuk menentukan

bentuk dan ukuran struktur elemen tersebut. Estimasi ini dapat dipakai untuk analisis

selanjutnya, dengan menggunakan metode yang lebih eksak. Banyak asumsi yang dapat

dibuat untuk analisis pendekatan ini merupakan hal penting diperhatikan karena semakin

banyak asumsi yang dibuat, semakin eksak solusinya.

D. Rangka Satu Bentang

Beban Lateral

(a) Bentuk rangka terdefleksi.

(b) Diagram benda bebas untuk bagian bagian rangka yang dipisah pada titik belok (titik momen


Pada Gambar III.3.1 diperlihatkan reaksi untuk rangka kaku sendi. Ada empat reaksi yang

belum diketahui (RaH, RaV, RdH dan RdV), sedangkan persamaan keseimbangan statika

hanya ada tiga (Fx = 0, Fy = 0 dan M = 0). Dengan demikian rangka ini dianggap statis

tak tentu berderajat satu. Khusus pada rangka ini kita masih dapat mencari reaksi vertikan

RaV dan RdV dengan cara menuliskan jumlah momen (akibat gaya reaksi dan beban luar)

terhadap salah satu tumpuan (lokasi momen sama dengan nol). Dengan demikian, untuk

keseluruhan struktur :

Ma = 0 : - Ph + RaV (0) + RaH (0) + RdV (L) + RdH (0) = 0

Sehingga RdV = Ph/L ()

Fy = 0 : - RaV + RdV = 0 atau -RaV + Ph/L = 0

Sehingga RaV = Ph/L ()

Fx = P RaH RdH = 0 ,atau RaH + RdH = P

Jelas bahwa gaya reaksi ini dapat diperoleh hanya karena kondisi khusus bahwa kedua

reaksi horizontal (yang belum diketahui besarnya) melalui titik pusat momen yang kita ambil.

(d) Diagram Momen.

(c) Diagram benda bebas balok, kolom dan titik hubung. Karena segmen-segmen tersebut tidak dipisahkan pada titik momen nol, maka ada momen internal pada gambar ini.

Gambar III.3.1 Analisis penyederhanaan untuk rangka kaku satu bentang yang memikul beban lateral. [Schodek, Daniel L,

STRUKUTUR]


Kita tidak mungkin menentukan reaksi horizontal RaH dan RdH hanya dengan persamaan

keseimbangan.

Untuk melanjutkan analisis ini dapat digunakan fakta bahwa pada elemen elemen

struktur terdapat titik belok. Dengan menggambarkan sketsa bentuk defleksi struktur tersebut,

lokasi titik belok dapat diperkirakan. Pada Gambar III.3.1(a) titik belok berada pada tengah

bentang. Dengan diketahuinya titik belok dapat diperoleh lokasi momen internal yang

besarnya nol. Dengan demikian dapat diperoleh satu persamaan tambahan yang berasal dari

kondisi momen nol. Sehingga struktur tersebut dapat kita modelkan menjadi struktur tertentu

(tiga sendi) dengan memisahkan model struktur tersebut menjadi dua bagian ( Gambar

III.3.1(c) ). Untuk struktur bagian kiri :

Mn = 0

P (0) + RaV (L/2) RaV (h) = 0

(Ph/L) (L/2) = RaV (h) dan RaH = P/2 ()

Dengan meninjau keseimbangan gaya horizontal keseluruhan struktur, kita akan memperoleh

RdH yang besarnya sama dengan RaH yaitu P/2 (). Dengan demikian semua reaksi telah

kita peroleh (RaH=P/2, RaV=Ph/L, RdH=P/2 dan RdV=Ph/L). Karena semua reaksi telah

diketahui, maka gaya V, momen M dan gaya aksial N pada struktur dapat diperoleh dengan

meninjau setiap elemen ( lihat diagram benda bebas pada gambar III.3.1(b)). Kita akan

menggunakan notasi sebagai berikut :

Mxy = Momen pada elemen struktur x y diujung elemen struktur yang berkumpul

di titik hubung x.

Gaya geser dan gaya normal (atau aksial) dihitung dengan meninjau keseimbangan gaya pada

masing masing bagian. Sebagai contoh, Vbc = Ph/L dari Fv = 0. Momen dihitung dengan

mengkalikan gaya geser yang ada dengan panjang efektif batang. Jadi setiap batang dianggap

sebagai balok kantilever dengan beban terpusat diujungnya. Hasil hasilnya dapat dilihat

pada Gambar III.3.1.


Momen balok yang disebutkan diatas, dapat pula diperoleh dengancara yang sedikit

berbeda yang menggunakan diagram benda bebas lain. Diagram benda bebas pada Gambar

III.3.1(c) menunjukkan bagaimana struktur tersebut dapat diuraikan atas elemen elemen

balok, kolom dan titik hubung. Konsep mengisolasi titik hubung rangka dan meninjau

keseimbangannya sama dengan cara yang digunakan dalam menganalisis rangka batang.

Perbedaannya , pada rangka batang titik hubungnya berupa sendi yang tidak mengalami

momen, sedangkan pada rangka kaku, titik hubungnya berupas jepit yang mengalami momen.

Perbedaan yang lainnya terdapat pada rangka batang keseimbangannya hanyalah pada

keseimbangan translasional (vertikal dan horizontal) sedangkan pada rangka kaku memiliki

keseimbangan rotasional (momen) dan juga keseimbangan translasional.

Cara keseimbangan titik hubung. Seperti yang telah kita tinjau, momen di puncak

kolom B-A diakibatkan oleh reaksi horizontal :

Kolom B A : Mba = (P/2)h = Ph/2

Jadi, pada titik hubung B ada momen yang sama besar dengan momen diatas, tetapi

berlawanan arah. Agar keseimbangan rotasional terpenuhi, maka harus ada momen pada B

C. Momen ini timbul pada balok.

Titik hubung B : -Mba + Mbc = 0

Mbc = Ph/2

Peninjauan yang sama juga dapat dilakukan untuk kolom C D dan titik hubung D.

Kolom C D : Mcd = (P/2)h = Ph/2

Titik hubung C : -Mcd + Mcb = 0

Mcb = Ph/2

Terlihat bahwa momen ujung balok ini sama dengan yang telah kita peroleh sebelumnya.

Gambar III.3.1(c) tidak hanya memperlihatkan keseimbangan momen balok, kolom dan titik

hubung tetapi juga keseimbangan gaya vertikal dan horizontal. Diagram momen dapat


digambarkan setiap balok dan kolom. Dengan meninjau gaya gaya yang bekerja, terlihat

jelas bahwa setiap elemen struktur memiliki diagram momen yang bervariasi secara linear.

Kita telah menggunakan perjanjian tanda momen lentur untuk elemen struktur

horizontal (balok), yaitu momen lentur positif apabila terjadi tegangan tarik disisi bawah

penampang. Untuk menggambarkan momen lentur elemen vertikal kita harus mebuat

perjanjian tanda khusus. Cara yang umum adalah dengan meninjau elemen struktur tersebut

dari kanan (hal ini sama dengan memutar batang 90 berlawanan jarum jam).

Beban Vertikal

Proses umum analisis pendekatan pada rangka yang memikul beban vertikal hampir

sama dengan analisis pendekatan pada rangka yang memikul beban horizontal (lateral).

Perhatikan rangka kaku pada Gambar III.3.2(a) yang memiliki kedua tumpuan sendi pada

tumpuan kolom. Langkah pertama analisis adalah dengan menggambarkan sketsa bentuk

defleksi rangka dan menetapkan titik belok sperti pada Gambar III.3.2(a).

Penentuan titik belok untuk rangka yang dibebani vertikal lebih rumit daripada rangka

yang dibebani lateral. Apabila titik hubung tidak dapat berputar sama sekali (jadi bersifat jepit

penuh), lokasi titik belok pada balok adalah 0,21L dari kedua ujung balok (STRUKTUR-

Daniel L.Schodek). Karena sebenarnya terjadi rotasi titik hubung tetapi bukan rotasi bebas

seperti sendi, maka kondisi ujung terjadi rotasi titik terletak diantara kondisi jepit penuh dan

sendi. Dengan demikian lokasi titik belok berada diantara 0L dan 0,21L dari titik hubung.


Jelas bahwa beban vertikal pada struktur ini menyebabkan timbulnya momen, baik

pada balok maupun pada kolom. Momen maksimum pada balok dapat terjadi di tengah

bentang maupun di ujung ujungnya. Sedangkan momen maksimum pada kolom terjadi pada

ujungnya.

III.4. Desain Rangka Kaku

Desain struktur rangka kaku adalah proses yang tidak mudah. Apabila persyaratan

persyaratan fungsional suatu gedung mengharuskan penggunaan rangka, maka desain dimensi

dan geometri umum rangka yang didesain pada umumnya sudah pasti, dan masalah desain

(a) Rangka yang dibebani. Titik belok terjadi di dekat ujung ujung balok. Lokasinya dianggap seperti tergambar.

(b) Diagram benda bebas bagian bagian rangka yang dipisahkan pada titik belok. Geser, momen dan gaya aksial diperoleh dengan menggunakakn analisis statika

(c) Diagram Momen.

Gambar III.3.2 Analisis Penyederhanaan rangka kaku yang memikul beban vertikal. [Schodek, Daniel L, STRUKUTUR]


lebih dipusatkan pada titik hubung, jenis material dan ukuran dari elemen penampang elemen

struktur.

A. Pemilihan Jenis Rangka

Derajat kekakuan struktur rangka tergantung antara lain pada banyak dan lokasi titik

titik hubung sendi dan jepit (kaku). Beberapa jenis struktur rangka terlihat pada Gambar

III.4.1. Titik hubung sendi maupun jepit seringkali diperlukan untuk maksud maksud

tertentu. Meminimumkan momen rencana dan memperbesar kekakuanadalah tujuan tujuan

dari desain umum dan memilih jenis rangka. Tinjauan lain meliputi kondisi pondasi dan

kemudahan pelaksanaan. Dalam hal momen desain, perhatikan bahwa pada rangka rangka

dalam gambar tersebut terdapat distribusi dan besar momen yang berbeda beda, yang berarti

ukuran elemen elemen struktur yang dihasilkan. Defleksi dan momen pada struktur tiga

sendi lebih besar daripada struktur dua sendi, kemudian dengan menggunakan balok

kantilever, momen dapat dikurangi.

Gaya gaya dan momen yang timbul pada rangka khususnya peka terhadap kondisi

ujung, seperti terdapat pada Gambar III.4.2, yang semuanya identik terkecuali titik

hubungnya. Beban yang sama akan menghasilkan gaya gaya dan momen yang berbeda pada

keempat rangka ini.


Perhatikan bahwa momen sama sekali tidak terjadi pada rangka batangan, yang

mengindikasikan bahwa ukuran batangnya dapat didesain lebih kecil. Dengan

membandingkan rangka pada Gambar III.4.4(d) dengan yang ada pada rangka digambar

III.4.3(c) (rangka table top). Sementara itu, momen di balok pada rangka table top ada.

Perbedaan juga terlihat pada gaya aksial yang mengandung arti bahwa rangka table top

umumnya memerlukan material yang lebih banyak untuk memikul beban, dibandingkan

dengan struktur yang pertama, sehingga lebih dikehendaki khususnya dari kriteria ini saja.

Namun, karena adanya keharusan untuk mempunyai kekakuan pada kolom dan tumpuannya,

maka struktur pertama yang mempunyai sendi diatas kolom memerlukan pondasi yang jauh

lebih besar dibandingkan dengan struktur table top , yang memiliki sendi di dasar. Momen

maksimum yang timbul dirangka pada Gambar III.4.2(b), yang memiliki titik hubung jepit

dan dasar jepit, lebih kecil daripada yang terjadi pada dua struktur negatif dan positif pada

rangka jepit penuh ini sama dengan yang terjadi momen pada kolom seperti pada struktur

sebelumnya. Namun, perlu diingat bahwa desain elemen struktur didasarkan pada momen

negatif dan momen positif, bukan pada jumlah momennya. Momen total yang terjadi pada

Gambar III.4.1 Jenis jenis struktur yang mempunyai bentuk yang didasarkan pada momen lentur yang terjadi.


semua kasus mempunyai distribusi yang lain untuk kondisi ujung dan jenis elemen struktur.

Apabila semua faktor, termasuk juga beban vertikal, ditinjau maka rangka kaku pada Gambar

III.4.2(d) merupakan jenis struktur yang paling menguntungkan ditinjau dari efisiensi

struktural. Akan tetapi dalam hal pendesainan pondasi akan menimbulkan banyak masalah.

Penggunaan tumpuan sendi seperti terlihat pada Gambar III.4.2(c) mungkin saja

merupakan pilihan terbaik. Momen yang diakibatkan oleh turunnya tumpuan rangka yang

mempunyai tumpuan sendi akan lebih kecil daripada yang terjadi jika tumpuan rangkanya

jepit. Selain itu, pondasi untuk rangka yang bertumpuan sendi tidak perlu mempunyai

kemampuan untuk memikul momen. Gaya dorong horizontal (akibat beban vertikal) juga

biasanya lebih kecil daripada rangka yang bertumpuan jepit.

Gambar III.4.2.1 Menentukan bentuk struktural satu bentang berdasarkan momen lentur yang ada dan kondisi ujung.


B. Momen Desain

Apabila jenis rangka telah ditentukan, maka analisis dapat dilakukan dan ukuran

elemen struktur dapat ditentukan menurut beban horizontal dan beban vertikal yang terjadi.

Untuk menentukan momen desain, diperlukan kombinasi kombinasi penggabungan antara

beban beban yang bekerja tersebut. Gambar III.4.3 mengilustrasikan proses ini untuk

mendesain rangka kaku sederhana. Dalam beberapa hal, momen momen akibat beban

horizontal dan vertikal dapat saling mereduksi. Momen kritis terjadi apabila momen momen

akibat kedua beban tersebut saling memperbesar. Perlu diingat bahwa, beban lateral umumnya

dapat mempunyai arah yang berlawanan dengan yang diasumsikan, karena itu umumnya

beban yang terjadi akan menimbulkan momen yang saling memperbesar.

Gambar III.4.2.2 Menentukan bentuk struktural satu bentang berdasarkan momen lentur yang ada dan kondisi ujung.


Dalam hal beban lateral sangat besar dibandingkan dengan beban vertikal, momen

yang diakibatkan oleh beban lateral akan dominan sehingga momen desain pada titik hubung

(joints) juga besar. Apabila beban yang dominan adalah beban vertikal, maka momen desain

kritis terdapat pada balok (pada tengah bentang balok). Pada kolom, momen kritisnya selalu

terdapat pada titik ujungnya.

Pembahasan diatas tidak dimaksudkan untuk mempersulit masalah penentuan beban

parsial yang memberikan momen terbesar. Meskipun peninjauan lebih lanjut mengenai efek

beban sebagian pada rangka merupakan hal yang sangat penting. Apabila momen maksimum

kritis telah diperoleh, juga gaya aksial dan gaya geser internal, penentuan ukuran penampang

elemen strukturaldapat dilakukan. Ada dua pilihan dalam melakuakn penentuan ukuran

(a) Momen akibat gaya lateral.

(b) Momen akibat gaya veritkal.

(c) Momen pada balok akibat kombinasi beban vertikal dan beban lateral.

(d) Elemen struktur yang dihasilkan mempunyai tinggi konstan diberi ukuran sesuai dengan momen akibat kombinasi beban vertikal dan lateral. Gambar III.4.3 Momen desain kritis pada rangka satu bentang. [Schodek, Daniel L,

STRUKUTUR]


penampang, yang pertama adalah mengidentifikasikan momen dan gaya gaya internal yang

maksimum pada struktur secara global, kemudian melakukan desain struktur tersebut

berdasarkan besarnya momen maksimum dan gaya gaya internal maksimum struktur

sehingga ukuran penampang yang diperoleh akan konstan di seluruh panjang elemen struktur

tersebut. Hal ini berarti ukuran elemen penampang akan berukuran lebih (oversized) pada

seluruh bagian dari struktur kecuali pada titik kritis struktur tersebut. Pilihan kedua adalah

melakukan desain bentuk penampang sebagai respons terhadap variasi gaya momen kritis

dalam arti desain penampang akan menghasilkan ukuran yang berbeda beda sesuai dengan

momen dan gaya gaya internal yang diterimanya. Pilihan pertama jika dibandingkan dengan

pilihan kedua akan terlihat tidak efesien dibandingkan dengan pilihan kedua, tetapi lebih

diinginkan karena tinjauan dari pelaksanaannya.

C. Penentuan Bentuk Rangka

Elemen elemen suatu rangka kaku dapat didesain mempunyai ukuran yang

merupakan respons langsung terhadap momen dan gaya gaya internal yang dipikulnya.

Dalam Gambar III.4.2 , rangka didesain untuk mengikuti momen lentur yang ada dalam satu

pembebanan. Perhatikan struktur rangka yang terlihat pada Gambar III.4.4.


Apabila tinggi elemen struktur didesain menurut besarnya momen di masing masing

penampang (untuk sementara pengaruh gaya internal lainnya diabaikan) dan tidak ada

penyimpangan dari hal ini, maka akan diperoleh konfigurasi momen seperti pada Gambar

III.4.3 untuk setiap kondisi pembebanan yang kita tinjau. Karena jenis momen yang

diakibatkan oleh beban vertikal sangat berbeda dengan momen akibat beban lateral, maka

bentuk dari desain struktur yang akan diperoleh juga sangat berbeda. Kita perlu meninjau

struktur rangka yang telah didesain berdasarkan satu jenis pembebanan, dan rangka itu

mengalami kondisi pembebanan lainnya karena hal ini sering terjadi pada struktur gedung

aktual.

Apabila beban vertikal bekerja pada struktur tesebut, akan timbul momen seperti pada

Gambar III.4.4(c). Selanjutnya struktur didesain berdasarkan efek kombinasi momen akibat

beban vertikal dan beban lateral. Tentunya kita ingin mengetahui apakah dengan cara

demikian kita dapat menemukan struktur rangka yang efisien. Dengan membandingkan besar

momen yang timbul akibat beban vertikal pada jenis struktur pelengkung tiga sendi dengan

momen yang timbul pada struktur (yang semula ditunjau) dua sendi (lihat Gambar III.4.4(d)),

jawabannya jelas tidak. Penyelipan suatu sendi pada balok (yang ditentukan berdasarkan

beban lateral) akan menyebabkan terjadinya distribusi momen yang tidak diinginkan pada

balok karena momen jauh lebih besar daripada yang ada pada rangka dua sendi. Akibat

besarnya momen tersebut, ukuran penampang yang diperlukan juga akan jauh lebih besar.

Pendekatan dengan menggunakan respons terhadap beban vertikal sebagai rencana

awal tidak mungkin dilakukan karena struktur empat sendi tidak stabil.

Pilihan yang dapat digunakan adalah menentukan ukuran penampang berdasarkan

momen negatif dan positif maksimum yang mungkin terjadi di setiap penampang akibat

kedua jenis pembebanan tersebut. Konfigurasi struktur rangka yang akan diperoleh dari cara


ini adalah seperti pada Gambar III.4.4(f). Konfigurasi tersebut tidak optimum untuk kondisi

beban vertikal maupun beban lateral, tetapi dapat memenuhi kondisi simultan kedua jenis

pembebanan tersebut.

Rangka yang terlihat pada Gambar III.4.4(f) menunjukkan karakteristik kebanyakan

desain rangka. Disekitar titik hubung sering dilakukan pembesaran penampang (atau

penguatan) yang merefleksikan fakta bahwa momen di bagian tersebut lebih besar

dibandingkan dengan bagian lain.

III.5. Kriteria Desain dan Analisis

Untuk melakukan analisis maupun mendisain dari sutau struktur perlu ditetapkan

kriteria yang dapat digunakan sebagai dasar untuk menentukan pendimensian/pemodelan

struktur tersebut. Kriteria kriteria tersebut adalah sebagai berikut :

A. Kemampuan Layanan (Service ability)

Struktur harus mampu memikul beban rancang secara aman, tanpa kelebihan

tegangan pada material dan mempunyai batas deformasi yang masih dalam daerah yang

diizinkan. Kemampuan suatu struktur untuk memikul beban tanpa mengalami kelebihan

tegangan diperoleh dengan menggunakan faktor keamanan dalam mendesain elemen struktu.

Dengan memilih ukuran serta bentuk dari struktur dan tentu saja materialnya, taraf tegangan

pada struktur dapat ditentukan pada taraf yang masih dapat diterima secara aman, sehingga

kelebihan tegangan pada material tidak terjadi. Pada dasarnya kriteria kekuatan merupakan

hal yang sangat penting.

Aspek lain mengenai kemampuan layanan suatu struktur adalah mengenai deformasi

yang diakibatkan oleh beban, deformasi yang ditimbulkan haruslah masih dalam batas yang

telah ditetapkan. Deformasi yang berlebihan dapat menyebabkan terjadinya kelebihan

tegangan pada suatu bagian struktur. Defleksi atau deformasi yang besar dapat diasosiasikan

dengan struktur yang tidak aman, apabila deformasi yang didesain besar, maka deformasi

tersebut haruslah didontrol dengan memvariasikan kekakuan struktur.


B. Efisiensi

Kriteria ini mencakup juga tujuan untuk mendisain struktur yang relatif lebih

ekonomis. Ukuran yang sering digunakan adalah banyaknya material yang diperlukan untuk

memikul beban yang diberikan pada ruang dalam kondisi dan kendala yang ditentukan.

Respons struktur di setiap bentangnya tentu saja berbeda beda, untuk itu perencanaan dapat

saja dibuat dengan mengambil momen maksimum yang terjadi, atau merencanakan dimensi

sesuai dengan diagram momen yang terbentuk.

C. Konstruksi

Tinjauan konstruksi sering juga mempengaruhi pilihan struktural. Sangat mungkin

terjadi bahwa perakitan elemen elemen struktural akan efesien bila materialnya mudah

dirakit. Faktor umum yang mempengaruhi kemudahan pelaksanaan pada suatu struktur adalah

tingkat kerumitan struktur tersebut, yang dinyatakan dalam banyaknya bagian bagian

elemen yang terlibat dan derajat relatif usaha yang diperlukan dalam merakit bagian bagian

elemen tersebut sehingga menjadi suatu struktur secara utuh.

III.6. Hubungan antar Panjang Bentang dan Jenis Struktural

Panjang bentang selalu merupakan salah satu faktor penentu dalam memilih respons

struktur untuk suatu situasi tertentu. Ada sistem struktural yang yang cocok untuk selang

bentang tertentu dan tidak cocok untuk lainnya.Untuk memberikan gambaran bagaimana

setiap sistem (dan materialnya) dapat mempunyai bentang maksimum, Gambar III.6.1

mengilustrasikan interval bentang yang umum untuk setiap sistem struktur dan materialnya.

Kegunaan bentang struktural akan jelas apabila kita mengingat bahwa momen desain

untuk suatu beban terdistribusikan merata sebanding dengan panjang bentang. Mengali

panjang bengan dua misalnya, akan memperbesar momen menjadi empat kalinya. Tentu saja

ukuran elemen struktural yang ada sangat bergantung pada momen desain yang ada.

Pendekatan untuk suatu pilihan sistem struktural juga bergantung pada faktor ini. Karena


alasan itulah diperlukan sistem struktural yang dapat memberikan pilihan yang efisien untuk

mengimbangi momen eksternal yang ada. Untuk suatu momen yang diberikan, besar gaya

atau tegangan internal yang timbul di daerah tarik maupun tekan bergantung langsung pada

momen yang timbul. Semakin tinggi struktur tersebut semakin besar lengan momennya, dan

semakin kecil tegangan atau gaya tarik maupun tekan yang timbul.

Proses desain yang cocok untuk suatu interval bentang, menggunakan prinsip prinsip

yang telah disebutkan diatas. Kepekaan momen desain terhadap bentang adalah hal kritis.

Untuk bentang kecil, semua pilihan struktur pada Gambar III.6.1 memungkinkan untuk

digunakan. Akan tetapi apabila bentangnya semakin besar, momen desainnya akan membesar,

beberapa bentang tersebut akan menjadi kurang layak. Elemen struktur bertinggi konstan,

seperti balok misalnya, pada umumnya berukuran relatif dangkal sehingga penambahan

panjang bentang akan diikuti dengan bertambahnya besar tegangan dan gaya tarik serta tekan

Gambar III.6.1 Selang bentang untuk berbagai jenis sistem struktur [Lambert, F.W,

STRUCTURAL STEEL WORK]


yang membentuk kopel. Karena tinggi elemen struktur itu terbatas, maka penambahan ukuran

bentang tidak selalu dapat diimbangi dengan menambah lengan momen maupun dengan cara

lain (misalnya dengan cara memperlebar flens). Dengan demikian elemen struktur tersebut

tidak cocok dengan bentang yang sangat besar. Kontrol defleksi juga mungkin merupakan

tinjauan yang menentukan. Tentu saja, apabila tinggi struktural selalu diperbesar mengikuti

momen desain yang diakibatkan oleh bentang yang semakin besar, gaya internalnya dapat

dibuat tetap konstan. Hal inilah yang terjadi dalam pembentukan rangka batang, kabel,

maupun pelengkung dan portal. Struktur tersebut relatif tinggi sehingga memberikan lengan

momen internal yang sangat besar. Dengan demikian gaya gaya yang membentuk kopel

tahanan dapat relatif kecil, dan strukturnya akan masih dapat memberikan momen tahanan

sangat besar. Jadi sstruktur tersebut dapat digunakan pada bentang yang besar.

III.7. Desain Balok Profil IWF Tersusun

Seperti terlihat pada Gambar III.6.1 profil IWF dari pabrik hanya mampu mencapai

bentang sekitar 44 meter. Namun, kekuatan material dari baja sebenarnya dapat mencapai

bentang yang lebih besar lagi. Untuk mensiasati hal tersebut, baja IWF standard dari pabrikan

dapat dimodifikasi dengan menambah inersia penampangnya, dengan cara menambah tinggi

ukuran penampang profil IWF tersebut. Hal ini dapat mengefektifkan kemampuan layanan

dari baja IWF standar menjadi lebih besar dari normalnya. Tentu saja dalam melakukan

modifikasi terhadap penampang tersebut haruslah dilakukan dengan penuh perhitungan agar

penampang tersebut dapat bekerja sesuai dengan batasan batasan kekuatan yang diinginkan.

Baja IWF merupakan salah satu jenis material yang sangat mudah dimodifikasi, selain dapat

dimodifikasi dengan cara menambah ukuran tinggi penampangnya, baja IWF juga dapat

dimodifikasi untuk menyesuaikan ukuran penampang profilnya dengan hasil dari momen

desain struktural.


Seperti halnya dalam perencanaan yang umum, kekuatan material, ukuran

penampang, dan tentunya besarnya inersia dari penampang merupakan faktor faktor penting

dalam hal pendisainnan suatu struktur. Kekuatan material yang dipakai umumnya seragam

dan mempunyai ketetapan tersendiri sehingga tidak mungkin dimodifikasi, sedangkan ukuran

penampang dan inersia dari penampang dapat dirubah sesuai ketentuan dan keperluannya.

Ada dua jenis modifikasi yang umum pada baja IWF, yaitu tappered beam dan

honeycomb beam. Pada tappered beam, ide modifikasinya adalah melakukan pendimensian

penampang sesuai dengan kebutuhan momen desain pada setiap stationing struktural. Hasil

desainnya tentunya membuat ukuran penampang non-prismatis yang mengikuti alur dari

diagram momen desain. Sedangkan yang kedua adalah honeycomb beam, ide modifikasinya

adalah menambah tinggi dari suatu profil baja IWF standard secara keseluruhan (konstan

sepanjang bentang) untuk keperluan akan momen desain maksimum pada struktur. Hasil

desainnya tentunya membuat ukuran penampang yang lebih tinggi dari sebelumnya.

A. Tappered Beam

Kegunaan dari balok non-prismatis ini menjadikan suatu profil yang lebih efektif pada

bentang yang umumnya besar sehingga dapat mengeleminasikan kolom kolom bagian

dalam struktur. Sehingga menciptakan ruang yang luas didalamnya. Tappered beam dapat

diperoleh dengan dua cara, yang pertama adalah dengan mengelas dua profil sayap dengan

satu pelat yang sebelumnya telah berbentuk non-prismatis menjadi sebuah profil non-

prismatis (tappered beam) dan cara yang kedua adalah dengan memotong sebuah profil IWF

dengan sudut tertentu dan kemudian membalikkan salah satu potongannya ke ujung potongan

yang lainnya lalu mengelasnya menjadi satu profil lagi (lihat Gambar III.7.1 untuk lebih

jelasnya).

Kelengkungan dapat diaplikasikan pada balok tappered beam jika diperlukan. Saat

balok non-prismatis ini dibuat dari profil IWF , kedua bagian yang terpotong dapat disatukan

dengan kelengkunan yang diperlukan. Kemudian ujung bagian yang akan dilas sepanjang


badan ditahan sesuai dengan bentuk yang diinginkan, lalu pengelasan dimulai dengan bentuk

seperti tadi.Garis netral pada profil non-prismatis tersebut akan mengikuti (sejajar) dengan

garis las yang dibuat. Dalam pengerjaan pembuatan tappered beam ini, tidak boleh ada gaya

gaya luar maupun gaya dalam yang terjadi pada profil, ini dimaksudkan balok hasil

pengelasan nantinya tetap pada bentuk rencana.

Pada balok non-prismatis yang terbentuk dari dua sayap dan satu pelat non-prismatis,

kelengkungan yang diperlukan dapat dibentuk dengan cara sederhana, yaitu dengan

memotong badan pelat menjadi kelengkungan yang diperlukan. Pelat sayap kemudian

ditarik dengan ketat melawan pelat badan untuk menjadikan kelengkungan. Pengelasan

dilakukan pada saat kedua bagian tersebut ditahan seimbang, dengan cara ini seharusnya tidak

ada masalah dengan torsi pada saat pengelasan berlangsung.

Aplikasi dari Tappered Beam untuk rangka atap

Jika tappered beam digunakan (sisi yang miring berada disebelah atas) untuk

konstruksi rangka atap, maka kemiringan yang dimiliki oleh tappered beam dapat dijadikan

saluran drainase yang baik. Dengan memvariasikan tebal penampang pada ujung ujung

balok, genteng / seng dapat cepat mengalirkan air ke talang di antara dua profil balok.

Gambar III.7.1 Cara pembuatan tapered beam dari profil IWF.


Untuk atap datar (sisi yang miring berada dibawah), banyak kombinasi untuk rangka

atap yang bisa dilakukan. Contohnya, pada struktur yang memiliki tiga bentang, bentang yang

ditengah dapat digunakan tappered beam yang sisi miringnya menghadap keatas, untuk

membuat kemiringan pada atap, sedangkan dua bentang dibagian terluar tappered beam yang

digunakan menghadap ke bawah tapi tentunya dengan kemiringan yang mengikuti bentang

dibagian tengah struktur.

Masalah dengan kemampuan menahan beban lateral pada tappered beam sama saja halnya

dengan balok biasa. Pada umumnya rangka atap adalah struktur kaku, untuk itu momen

desain yang ditimbulakan mempunyai nilai maksimum pada titik hubungnya, sehingga

diperlukan bagian terdalam (momen inersia terbesar) penampang pada titik hubung tersebut.

Pada tappered beam bagian kritisnya tidak terdapat pada momen maksimum (tengah bentang

maupun pertemuan titik hubung), lihat Gambar III.7.3, pada lengan rangka kau detailnya

haruslah relatif terhadap tekanan (desain elastis).

Gambar III.7.2 Tappered beam digunakan untuk menopang system drainase pada atap, pada gambar telihat pada kedua

ujung balok yang bersatu digunakan talang .Sedangkan untuk balok memanjangnya digunakan tappered beam yang

menghadap ke bawah.


Akibat dari pengurangan ketinggian pada ujung tappered beam (dalam rangka atap seperti

diatas), hubungan antara balok dan kolom mungkin menghasilkan kemempuan layanan yang

kecil terhadap beban lateral. Untuk kasus ini, beberapa lengan pengaku mungkin diperlukan

untuk menopang beban lateral tersebut.

Sekilas, banyak terjadi penghematan (terutama berat material) yang terjadi pada sistem

tappered beam ini, namun ini sebenarnya tidak sebagus yang terlihat. Pertama, luasan pada

area sayap tetaplah sama (lihat Gambar III.7.3). Kedua, kedalaman profil tappered beam di

tengah bentang harus dibesarkan (melebihi kedalaman profil IWF normal) ini dikarenakan

kemiringan yang diciptakan dari momen kritis pada bagian kritis (sekitar L ) yang harus

mampu ditutupi dengan tinggi penampang pada ujung bentang (lihat Gambar III.7.4). Karena

titik kritis tersebut, perlu direncanakan inersia yang mampu menutupi momen desain yang

terjadi. Karena hal tersebut, penghematan yang terjadi sebenarnya tidaklah relatif besar

dengan profil IWF normal.

Menentukan Tinggi (Kedalaman) Kritis Profil dan Kemiringan Tappered Beam

Tinggi kritis penampang dari tappered beam (yang mana tinggi aktual pada sebuah

titik bentang) haruslah sama dengan tinggi minimum yang diperlukan untuk menghasilkan

momen inersia yang dapat melayani momen desain pada titik tersebut.

Pada kasus beban terbagi rata, dengan perletakan balok sederahana, kemiringan balok

tappered beam harus didefleksi (dengan menggunakan fungsi tangen) antara ketinggian

minimum yang diperlukan dengan panjang bentang, ini dimaksudkan agar kemiringan

tappered beam mempunyai ketinggian yang cukup disetiap titik bentangnya. Perencanaan

balok non-prismatis dengan titik kritis pada bentang akan menghasilkan penghematan berat

yang maksimum sekitar 78,6% (lihat Gambar III.7.4).


Penampang tappered beam pada titik kritis adalah :

Formulasi untuk section modulus dapat disederhanakan dengan :

Jika section modulus yang diperlukan untuk tahanan momen yang telah diketahui, ketinggian

yang diperlukan dapat diketahui dengan cara :

atau,

Gambar III.7.4 Perbandingan Berat Relatif dari tiap pengambilan titik kritis pada Tappered beam. [ Blodgett, Omer W, 1991.: Design Of Welded Structures.]

df= ketinggian antara titik berat flens

dw= tinggi web db = tinggi profil keseluruhan


Untuk Perletakan Sederhana dengan Beban Terbagi Rata, balok Tappered Beam :

Jika dikombinasikan maka akan menjadi :

Untuk merencanakan kemiringan dari lengkunan akibat ketinggian kritis dititik dx pada

sepanjang bentang, maka dapat digunakan persamaan berikut (dengan acuan pada jarak x )

(dalam radian) :

Gambar III.7.5 Balok non-prismatis (tappered beam) pada perletakan sederhana dengan beban terbagi rata.


Karena titik kritis berada pada jarak L, maka dengan mensubstitusikan x = L diperoleh

(dalam radian) :

Pada titik kritis x = L juga dapat kita peroleh :

dan,

Namun jika pembebanan yang dilakukan pada bentang tidak seragam, maka

persamaan persamaan diatas tidak dapat digunakan. Pada bagian lampiran, Tabel 1, dapat

dilihat beberapa persamaan yang dapat digunakan apabila pembebanan yang diberikan tidak

seragam.

Perencanaan Tappered Beam secara umum


Gambar III.7.6 menunjukkan cara penentuan sudut potong dan garis potong pada

tappered beam yang menghasilkan tinggi yang berbeda beda pada setiap ujungnya, pada

perencanaan tappered beam seringkali konsultan (perencana) menentukan terlebih dahulu

ukuran ukuran penampang minimum yang dapat dipakai pada titik titik hubung rangka.

Setelah mendapatkan ukuran ukuran penampang minimum tersebut, barulah konsultan

tersebut memilih sebuah profil IWF yang sesuai dengan kebutuhan ukuran minimum

penampang yang telah ditentukan.

Metode yang paling umum digunakan dalam perencanaan tappered beam adalah

dengan metode momen area yang diperlukan. Setiap titik dalam suatu bentang tentu saja

memiliki momen yang berbeda, sehingga memerlukan momen inersia minimum yang berbeda

beda. Pada metode momen area ini, penampang yang direncanakan berdasarkan momen

pada titik titik hubung dan tengah bentang, maupun (bila direncanakan) pada sembarang

titik desain. Dengan metode ini, ukuran dcl dan de dapat diketahui tinggi minimumnya, dari

perbedaan tinggi yang diperoleh dan panjang bentang yang direncanakan maka sudut potong

dan garis potong dapat diketahui, sehingga langkah selanjutnya tinggal menentukan profil

IWF yang sesuai.

Gambar III.7.6 Tappered beam .


Pengontrolan pada balok tappered beam dapat dilakukan disepanjang bentang.

Pelaksanaan kontrol merupakan hal penting, mengingat pada umumnya momen yang timbul

berbentuk kurva, sehingga terkadang sudut yang direncanakan dapat memotong garis kurva

(titik kritis).

Pada Gambar III.7.7, titik pendimensian berada pada ujung ujung bentang, tinggi

minimum pada ujung bentang jepit do diperoleh dari momen desain Mo , sedangkan tinggi

penampang pada ujung bebas (d1) diperoleh dari M4 (dikarenakan M4 = 0), maka tinggi

minimum penampang adalah dua kali tebal flens profil IWF .

Sedangkan pada jarak X1, X2 dan X3 merupakan stationing pengecekkan. Untuk tiap

titik momen pengkontrol yang ditimbulkan berbeda beda sehingga Momen Inersia yang

diperlukan pada setiap jarak ( X ) berbeda.

Gambar III.7.7 Perencanaan Tappered beam pada kantilever.


Pada Gambar III.7.8, titik pendimensian berada pada tengah dan ujung ujung

bentang, tinggi minimum pada tengah bentang (d1) diperoleh dari momen desain M4 ,

sedangkan tinggi penampang pada perletakan (d0) diperoleh dari M1. Pada jarak kontrol X1,

X2 dan X3 momen yang dihasilkan (berturut turut) adalah M1, M2 dan M3.

Jika mengasumsikan bentuk profil persegmennya adalah seperti pada gambar III.7.9,

maka dengan mensubtitusikan tingggi yang diperoleh akibat kemiringan sepanjang bentang

dapat diperoleh inersia yaitu sebagai berikut :

Gambar III.7.8 Perencanaan Tappered beam pada balok perletakan sederhana.

Gambar III.7.9 Penampang pada tiap segmen.


Besaran momen pengkontrol yang telah kita peroleh pada Gambar III.7.7 dan Gambar

III.7.8 (momen yang tidak dipakai dalam desain) jika dibandingkan dengan momen inersia

persegmennya dapat melakukan kontrol terhadap momen yang timbul.

Untuk melawan gaya gaya dalam yang mungkin terjadi (gaya normal dan gaya

lintang), profil tappered beam diasumsikan dapat melawannya dengan tinggi a (lihat Gambar

III.7.6). Sehingga tidak terjadi gaya gaya dalam pada bagian las.

B. Honeycomb (Castelled) Beam

Konsep desain dari open web adalah memberikan tinggi maksimum kepada profil

IWF strandard. Tinggi yang dihasilkan dari pembuatan lubang pada badan akan

meningkatkan section modulus dan momen inersia, sehingga menghasilkan penampang yang

lebih kuat dan kaku. Selain itu, dengan cara ini berat sendiri yang ditimbulkan akan berkurang

(beratnya tetap pada profil awal) sehingga menimbulkan efek domino pada berat struktur

secara menyeluruh.

Balok honeycomb dibuat dengan cara memotong secara zig zag sepanjang garis

netralnya. Lihat Gambar III.7.10. Pemotongan akan menghasilkan dua buah bagian yang

sama, kemudian bagian - bagian tersebut saling disatukan tiap ujung ujung potongannya.

Hasilnya, balok yang ada akan memiliki tinggi yang lebih besar dibandingkan dari

sebelumnya.

Memulai desain dengan balok IWF standar yang lebih ringan balok honeycomb

dirancang untuk dapat memikul beban yang lebih besar. Untuk desain struktur bangunan

Gambar III.7.10 Honeycomb Beam.

Profil IWF dipotong sepanjang bentang

Kemudian disatukan kembali pada ujung ujung potongannya untuk memperoleh profil yang lebih tinggi


pemanfaatan bagian lubang biasanya digunakan sebagai sistem pemipaan struktur, sistem

jaringan kabel elektrikal, dan sistem jaringan kabel telekomunikasi , sehingga pipa pipa dan

kabel kabel tidak mengurangi volume ruang dari struktur tersebut. Lihat Gambar III.7.11.

Pada bangunan seperti hotel atau perkantoran jarak antara lantai dan plafond dapat dikurangi,

sehingga menghasilkan ruangan yang lebih besar.

Selain pemanfaatan itu, balok open web ini juga menghasilkan sirkulasi udara untuk

kebutuhan mesin mesin untuk struktur pabrik.

Sistem pengelasan yang dilakukan pada balok castella sama halnya dengan sistem

pengelasan pada balok tappered (non prismatis), yaitu dengan penggunaan semi-

automatic las lengkung. Dengan sistem ini badan penampang dapat 100% tersambung.

Jika pemotongan sepanjang bentang dilakukan dengan menggunakan kemiringan

(seperti pada tappered beam), maka akan menghasilkan tappered open-web . Lihat

Gambar III.7.12. Cara ini dapat digunakan untuk melakukan penghematan material yang lebih

besar lagi dibandingkan dengan cara tappered beam ataupun dengan honeycomb beam

normal.

Gambar III.7.11 Bagian lubang pada Honeycomb Beam digunakan untuk sistem pemipaan dan jaringan kabel. [ Blodgett, Omer W, 1991.: Design Of Welded Structures.]

Gambar III.7.12 Tappered open-web. Universitas Sumatera Utara

Dua open-web juga dapat disatukan bersama untuk digunakan sebagai kolom

dengan momen inersia yang sangat besar antara sumbu x x dan sumbu y y. Lihat Gambar

III.7.13. Sebagai pengkaku digunakan pelat kopel dengan jarak jarak tertentu pada bagian

ujung sayap profilnya.

Geometri dari Garis Potong Honeycomb Beam

Garis potong zig-zag dan bentuk geometri dari potongan badan akan menentukan

hasil bentuk penampang yang akan diperoleh.

Gambar III.7.13 Kolom dengan menggunakan open-web.

Potong IWF sepanjang garis zig - zag

Balok open-web

Gambar III.7.13 Geometri dari Garis Potong Honeycomb Beam dan hasilnya. [ Blodgett, Omer W, 1991.: Design Of Welded Structures.]


Sudut potong () memiliki besar antara 45 dan 70, umumnya perencanaan besar

sudut () adalah 45 dan 60. Sudut ini haruslah cukup mampu menahan gaya geser

horizontal sepanjang garis netral badan agar tidak melebihi batas kemampuan profil.

Jarak e mungkin akan bervariasi sesuai kebutuhan akan penempatan pipa dan kabel,

dan/atau untuk jarak yang dibutuhkan untuk mengelas akibat adanya sudut lubang. Akibat

dari jarak e dibesarkan, maka kemampuan layanan terhadap gaya geser ( D ) dan normal ( N )

sepanjang Tsection akan meningkat. Akan tetapi, ada batasan sepanjang apa jarak e dapat

digunakan.

Kemampuan Layanan kepada Gaya yang Diberikan

Gambar III.7.14 Balok honeycomb dengan beberapa variasi sudut. [ Blodgett, Omer W, 1991.: Design Of Welded Structures.]


Fungsi sayap pada balok memikul sebagian besar dari beban dan gaya gaya internal

yang ada, kehilangan dari area badan tidak begitu mempengaruhi balok untuk memikul

momen selama tinggi tampang cukup untuk menghasilkan inersia yang diperlukan.

Sedangkan, geser ( D ) dan normal ( N ) yang dipikul pada badan harus diperhatikan

(walaupun dalam perencanaan seluruh gaya gaya internal ditampung oleh sayap). Pada

setiap bagian badan yang bolong, dua Tsection akan berperan sebagai penahan gaya geser ( D )

dan gaya normal ( N ). Sehingga tinggi Tsection akan sangat berpengaruh terhadap kemampuan

layanan terhadap gaya geser dan normal.

Pada tengah bentang b ( pada Gambar III.7.15 ), gaya geser sangat kecil (pada

Mmaks, D = 0 ) dan mungkin hanya memiliki efek yang kecil terhadap kekuatan balok. Pada

bagian a dimana geser yang ada besar, gaya geser yang ada haruslah dapat menahan gaya

geser tersebut.

Kemampuan layanan terhadap geser seperti pada Gambar III.7.16, umumnya titik

bengkok berada pada bagian atas dan bawah dari Tsection . Pada Tsection , dipengaruhi momen

akibat geser (yang diasumsikan berada pada bagian tengah penampang, tepat berada di tengah

lubang ), diasumsikan terbagi rata antara dua buah Tsection . Sebenarnya, desain dan perilaku

terhadap geser pada open-web sama dengan Vierendeel truss.

Gambar III.7.15 Balok honeycomb dengan pembebanan terbagi rata.


Anggapan utama dalam melakukan desain balok honeycomb adalah :

Bagian atas dan bawah pada balok diasumsikan menahan gaya tekan dan gaya tarik

yang timbul dari pembebanan yang dilakukan. = M/Sb . Pada sepanjang bentang

tetap diasumsikan gaya tarik dan tekan yang terjadi ditransfer pada bagian Tsection .

Untuk dicatat, bahwa perlunya pengecekan untuk kemampuan layanan terhadap gaya

gaya lateral pada bagian Tsection ini, dan penyebaran gaya gaya tersebut ke kedua

bagian Tsection melalui sudut dan jarak yang dibentuk pada badan utuh ke badan yang

memiliki lubang.

Geser vertikal yang ditahan oleh bagian badan yang utuh dan bagian yang bolong.

Tentunya bagian yang kritis adalah bagian yang mempunyai lubang. Oleh karena itu,

analisa geser vertikal dilakukan pada bagian Tsection .

Pada bagian lubang, geser vertikal (D) dibagi rata ke bagian atas dan bawah Tsection ,

asumsikan ketinggian Tsection adalah sama.

Gambar III.7.16 Analisa balok honeycomb yang menahan gaya geser (VT). [ Blodgett, Omer W, 1991.: Design Of Welded Structures.]


Pada sepanjang bentang, momen inersia yang digunakan adalah momen inersia yang

dihasilkan oleh dua buah bagian Tsection.

Tekuk pada badan akibat gaya geser

Ada dua metode yang dapat digunakan dalam melakukan pemeriksaan terhadap geser

pada balok sepanjang garis netral :

Dengan menggunakan persamaan yang umum terhadap gaya geser. Dengan

mengasumsikan bagian badan penampang solid.

Kemudian meningkatkan besaran gaya geser yang terjadi dengan rasio panjang bagian

badan yang utuh (s) dibandingkan dengan bagian badan yang berlubang (e).

Maka, akan diperoleh persamaan :

Gambar III.7.17 Gaya geser V1 dan V2 dibagi rata ke bagian Tsection atas dan Tsection bawah. [ Blodgett, Omer W, 1991.: Design Of Welded Structures.]

Gambar III.7.18 Rasio pengkali berdasarkan panjang s dibandingkan panjang e. [ Blodgett, Omer W, 1991.: Design Of Welded

Structures.]


Menganggap bagian Tsection sebelah atas cukup mampu menahan gaya geser sebagai

bagian yang bebas dari balok. Perbedaannya pada metode ini gaya geser yang diterima

pada ujung bagian segmen ditransfer menjadi gaya geser pada garis netral pada

sepanjang bentang. Lihat Gambar III.7.19.

Dengan mengsubstitusikan :

Gaya geser horizontal ini kemudian dipecah dengan area netto dari bagian badan

penampang (e dan tw) untuk mendapatkan gaya geser ultimate terhadap profil.

Dengan menggunakan free body pada Gambar III.7.19, ambil momen pada titik y.

atau,

Gambar III.7.19 Gaya geser (V) yang diterima ditransferkan menjadi gaya geser horizontal pada garis netral

penampang. [ Blodgett, Omer W, 1991.: Design Of Welded Structures.]


Asumsikan, gaya geser vertikal rata rata pada titik y menjadi :

sehingga,

Garis Besar Umum untuk Mendesain Balok Open-Web

Desain dari balok open web dapat dirumuskan dengan langkah langkah dibawah.

Asumsikan perbandingan momen inersia yang dirancang akan sebesar 1.5 normal. Ini

bukanlah sebuah faktor keamanan rancangan yang akan dibuat. Kemudian pilih profil

IWF standar yang memiliki momen inersia diantara momen inersia perlu dengan

momen inersia standar rancang minimum. Untuk mengetahui hubungan dari balok

open web yang dirancang dengan standard dipakai perbandingan K1.

Berdasarkan koefisien K1 , dapat ditentukan tinggi bagian lubang minimum yang

harus didesain.

Gambar III.7.20 Penentuan tinggi bagian lubang minimum.


Periksa dengan kemampuan tinggi tampang Tsection minimum dengan gaya geser

vertikal yang terjadi.

Dianggap Tsection sepenuhnya memikul gaya geser vertikal. Dimana berdasarkan

perhitungan sebelumnya diperoleh :

Tentukan lebar potongan (e) minimum. Dengan terlebih dahulu menentukan besaran

sudut zig zag profil (antara 45 dan 70).

Dimana K2 adalah koefisien dari persamaan :

* = dapat diasumsikan bahw gaya geser ( V ) yang terjadi sekitar 95 % dari maksimum

nya, karena lubang panel pertama akan berada relatif jauh dari tumpuan.

Gambar III.7.21 Penentuan tinggi Tsection minimum.

dimana


Setelah diperoleh profil open web yang dirancang. Inersia profil dapat

ditentukan. Inersia yang dipakai seperti yang diuraikan sebelumnya adalah inersia

pada bagian badan yang berlubang ( dua Tsection ).

Setelah semua kontrol gaya gaya yang terjadi dilakukan dengan menggunakan

kontrol IWF standard. Periksa tumpuan dari akibat gaya geser yang terjadi.

Jumlah Lubang dan Panjang Hasil Desain Balok Honeycomb

Seringkali pada bagian tepi (tumpuan) terjadi lubang yang tidak diinginan pada saat

melakukan konstruksi. Lubang yang terjadi biasanya terletak pada bagian tumpuan dari

bentang. Teknik penghilangan lubang tersebut dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan

mengisi kekosongan lubang yang dibutuhkan memakai pelat atau mengubah metode

pemotongan yang dilakukan. Pengisian lubang dengan cara memakai pelat tentunya dapat

diasumsikan juga sebagai penambahan kekuatan diujung bentang (tumpuan). Lihat Gambar

III.7.23. Perkiraan jumlah lubang yang terjadi (n) pada balok dengan panjang Lb dan panjang

Gambar III.7.22 Kontrol geser pada titik tumpuan.


bentang hasil desain Lg dapat diketahui dengan menggunakan rumus yang terdapat pada

gambar.

Metode kedua adalah, penggunaan besar lubang yang tidak seragam. Hal ini

dimaksudkan agar tidak terjadi penambahan pelat pada kedua ujungnya. Pemanjangan bagian

e (agar lubang sesuai dengan panjang rencana) haruslah pada titik dimana gaya geser vertikal

minimum. Ini dimaksudkan agar pemodifikasian panjang e tidak berpengaruh pada analisa

sebelumnya. Lihat Gambar III.7.24.

Gambar III.7.23 Pengerjaan honeycomb beam secara konvensional yang menimbulkan lubang pada salah satu ujung balok.[ Blodgett, Omer W, 1991.: Design

Of Welded Structures.]

Gambar III.7.23 Penambahan pelat pada ujung balok.


Dapat dilihat pada gambar, pada bagian tengah rancang mempunyai panjang lubang yang

berbeda. Dengan cara ini juga lebar bentang tetap pada lebar profil IWF awal (tidak terjadi

kehilangan panjang bentang).

Gambar III.7.23 Sebuah Balok Honeycomb yang memiliki lubang yang tidak seragam.


BAB IV

ANALISA DAN PEMODELAN STRUKTUR

IV.1. Pembebanan Pada Struktur

Beban dan Kombinasi Beban

Beban dan kombinasi beban akan ditentukan oleh peraturan aplikasi bangunan. Beban-

beban dan kombinasi beban akan mengacu kepada SNI-1726-2002. Untuk tujuan desain,

beban nominal akan dipakai sebagai beban yang ditentukan oleh peraturan bangunan yang

dapat dipakai, bukan beban terfaktor. Berikut kombinasi pembebanan dengan menggunakan

analisis elastis, dan yang akan digunakan dalam perhitungan tugas akhir ini :

U = 1,4 D

U = 1,2 D + 1,3 W

Desakan angin (qw) yang akan digunakan pada tugas akhir ini adalah sebesar 60

kg/cm. Pembebanan yang dilakukan pada strutur terlebih dahulu akan dianalisa sehingga

diperoleh besaran beban yang sebenarnya pada setiap bagian dari struktur tersebut.

Input data yang diberikan ke dalam program analisa struktur adalah beban yang telah

dianalisa dan berat sendiri struktur pada model diprogram analaisa struktur diabaikan, karena

berat struktur yang dimodelkan dianalisa pada tipe pembebanan D (dead loads). Sedangkan

pembebanan W (wind loads) dipisahkan menjadi dua, yaitu beban angin kiri dan beban angin

kanan. Perjanjian tanda akan beban desak atau hisap terlebih dahulu dianalisa sebelum diinput

ke program analisa struktur.

IV.2. Pemodelan Struktur

A. Material

Pada tugas akhir ini, material baja yang digunakan untuk pemodelan struktur portal

tappered dan portal honeycomb adalah material baja sebagai berikut :


Tegangan Izin Baja ( baja ) = 160 N/mm

Teganga Izin Sambungan ( sambungan) = 240 N/mm

E = 200000 Mpa

B. Pemodelan Struktur

Konstruksi bangunan baja yang akan direncanakan adalah sebuah portal dengan

bentang 30 meter, dengan jarak antar portal sebesar 6 meter. Kemiringan sudut balok portal

sebesar 15 dengan ketinggian kolom 7 meter. Kemudian model portal tersebut akan

dikerjakan dengan kombinasi pembebanan berdasarkan SNI-1726-2002.

Untuk meninjau momen dan gaya gaya internal yang dihasilkannya, digunakan

program analisa struktur. Pada pemodelan struktur digunakan analisis struktur dua dimensi

yaitu pada bidang x z, sehingga struktur dianggap tidak bergoyang ke arah y.

IV.3. Analisa Struktur

Gambar IV.3.1 Model struktur yang akan dianalisa.


Diketahui : Konstruksi seperti gambar di atas

Jarak portal 6 m

Tegangan Izin baja, izin baja = 160 N/mm2

sambungan = 240 N/mm2

Direncanakan :

- Dimensi gording

- Dimensi profil konstruksi dengan Tapperd beam

- Dimensi profil konstruksi dengan Honeycomb beam

Perencanaan :

PERENCANAAN GORDING

Maka, panjang kuda kuda pada konstruksi tersebut adalah 16,56 m.

Panjang satu jarak gording = 2,0 m (asumsi awal), maka :

4 m

30 m 1 m 1m

7m

150


3,0

3,0

1,84 m 1,84 m 1,84 m

lx

ly

Track stang

Gading kap

150

Sb y Sb x

- Banyaknya lapangan gording :

- Jarak gording :

Maka jarak antar gording adalah 1,84 m.

Dimensi Gording

Perencanaan gording dengan memakai track stang. Direncanakan gading gading kap

memiliki 3 medan ekonomis, dimana dan

1. Muatan Tetap

Berat sendiri atap

Berat sendiri gording

q total


qad

Sb x

Sb y 150

2. Desakan Angin

a. Angin datang, qa = 60 kg/m2

Koef

qad = - 0,1

b. Angin pergi

Koef = 0,4

qap

kg/m

Mx qa = 0

My qa = 1/8 . qap . l2

= 1/8. (-44,16). 62


= 198,72 kg/m

3. Muatan Tak Terduga

P = 100 kg PMI, Bab III Pasal 3 Ayat 20

My = 1/4 . P. cos . l

= 144,88 kgm

Mx = 1/4 . P . sin . l/2

= 19,41 kgm

Kombinasi Momen

Momen yang paling maksimum adalah :

My total = ( 4,34 q + 173,64 ) kgm

Mx total = ( 1,165 q + 27,12 ) kgm

Rencanakan dengan profil channel tipis ( 125 x 50 x 20 x 4,5 )

q = 8,32 kg/m F = 10590 cm2

Wx = 34,7 cm3 ix = 4,77 cm

Wy = 9,38 cm3 iy = 1,81 cm

Ix = 217 cm4

Iy = 33,1 cm4


Kontrol Tegangan

Rumus Umum

Kontrol Lendutan

Maka,

Kesimpulannya F < Fmin.( ok!)


h

t

d b

h = 125 mm Wx = 34,7 cm3

b = 50 mm Wy = 9,38 cm3

d = 20 mm Ix = 217 cm 4

t = 4,5 mm Iy = 33,1 cm4

F = 10590 cm2

q = 8,32 kg/m

Profil Gording yang dipakai adalah Clips 125 x 50 x 20 x 4,5

Jumlah profil Clips yang diperlukan adalah :

Gording Kiri = Jumlah kap gording + 1 = 9 + 1 = 10 buah

Gording Kanan = Jumlah kap gording = 9 buah

Total Goding = 10 + 9 = 19 buah


C

150 D B

A B

4 m

7 m

1 m 30 m 1m

PERHITUNGAN BEBAN BEBAN YANG BEKERJA

a). Beban Atap

Panjang L miring = 2 ( 16 / cos 150 )

= 33,13 m

Panjang L datar = 32 m

Berat Gording = qb gording x Jumlah gording x

= 8,32 kg/m x 19 x 6

= 948,48 kg

= 9.484,8 N

Berat Atap = qatap x x l

= 3,6 kg/m2 x 6 m x 33,13 m

= 715,62 kg

= 7.156,2 N

Berat w = berat gording + berat atap

= 948,48 + 715,62

=1664,1 kg


q2

q1

q3

q4

= 16.641 N

Berat besi penyambungan = 25% (berat w)

= 416,025 kg

= 4.160,25 N

Berat total = berat w + berat besi penyambung

= 2080,125 kg

= 20.801,25 N

qekivalent = 20801,25 N / 33,13 m = 627,8 N/m

Maka, P pada gording ujung = (627,8 N/m x 0,5 x 1,84 m ) = 577,5 N

P pada gording tengah = (627,8 N/m x 1,84 m ) = 1.155 N

b). Beban Angin

Angin Kiri

Beban desak (qw) = 600 N/m2

Jarak kuda kuda = 6,0 m

Beban angin = q1 = 0,9 . qw . = 3240 N/m


q2

q1

q3

q4

= q2 = (0,02 0,4) . qw . = -360 N/m

P pada gording ujung = 331,2 N

P pada gording tengah = 662,4 N

= q3 = -0,4 . qw . = - 1440 N/m



= q4 = -0,4 . qw . = - 1440 N/m

Angin Kanan

Beban desak (qw) = 600 N/m2

Jarak kuda kuda = 6,0 m

Beban angin = q1 = - 0,4 . qw . = -1440 N/m

= q2 = - 0,4 . qw . = -1440 N/m



= q3 = (0,02 0,4) . qw . = -360 N/m




= q4 = 0,9 . qw . = 3240 N/m

b). Beban Akibat Berat sendiri penampang

Tappered Beam

Direncanakan penampang menggunakan modifikasi profil IWF 450 x 200 x 9 x 14

sepanjang 3,56 meter dan profil IWF 400 x 200 x 8 x 13 sepanjang 12 meter untuk

balok dan modifikasi profil IWF 400 x 200 x 8 x 13 sepanjang 7 meter untuk kolom.

Honeycomb Beam

Direncanakan penampang menggunakan modifikasi profil IWF 300 x 200 x 9 x 14

sepanjang 15,56 meter untuk balok dan profil IWF 450 x 200 x 9 x 14 sepanjang 7

meter untuk kolom.

654N/m

954 N/m s/d 636 N/m 660 N/m


OUTPUT BIDANG MOMEN , BIDANG GESER dan BIDANG NORMAL RANGKA

A. TAPPERED BEAM

Bidang Momen (N,meter)

U = 1,4 D

U = 1,2 D

U = 1,3 W

Bidang Momen Akibat Beban Mati dan Beban Sendiri


Bidang Momen Akibat Beban Angin


U = 1,2 D + 1,3 W

Bidang Lintang (N,meter)

U = 1,4 D

Bidang Momen Akibat Beban Mati , Beban Sendiri dan Beban Angin

Bidang Lintang Akibat Beban Mati dan Beban Sendiri


U = 1,2 D

U = 1,3 W

U = 1,2 D + 1,3 W

Bidang Lintang Akibat Beban Mati , Beban

Sendiri dan Beban Angin

Bidang Lintang Akibat Beban Angin



U = 1,2 D

Bidang Normal (N,meter)

U = 1,4 D

U = 1,3 W

Bidang Normal Akibat Beban Mati dan Beban Sendiri


Bidang Normal Akibat Angin


U = 1,2 D + 1,3 W

B. HONEYCOMB BEAM

Bidang Momen (N,meter)

U = 1,4 D


Bidang Normal Akibat Beban Mati , Beban Sendiri dan Beban Angin


U = 1,2 D

U = 1,3 W

U = 1,2 D + 1,3 W

Bidang Momen Akibat Beban Mati , Beban Sendiri dan Beban Angin

Bidang Momen Akibat Beban Angin



U = 1,4 D

Bidang Lintang (N,meter)

U = 1,2 D

U = 1,3 W



Bidang Lintang Akibat Beban Angin


U = 1,2 D + 1,3 W

U = 1,2 D

Bidang Normal (N,meter)

U = 1,4 D


Bidang Lintang Akibat Beban Mati , Beban Sendiri dan Beban Angin



U = 1,3 W

U = 1,2 D + 1,3 W

Bidang Normal Akibat Beban Mati , Beban Sendiri dan Beban Angin

Bidang Normal Akibat Beban Angin


Station 700

M = 155.981,44 Nm

D = 15.731,06 N

N = 29.224,22 N

PERENCANAAN PENAMPANG RANGKA dan PERENCANAAN SAMBUNGAN

A. Tappered Beam

A.1. PERENCANAAN RANGKA TAPPERED BEAM

Station 000

M = 0

D = 28.835,06 N

N = 30.626,96 N

Check penggunaan modifikasi profil awal IWF 400 x 200 x 8 x 13

A.1.1 Perencanaan Kolom Tappered Beam

300cos150150 +=

a mm

500cos250250 +=

b mm

/2 = 0,820 = 1,640


300

200 500

200

300

13

8

200

F section = 7.392 mm2

x = 150 mm

y = 100 mm

Maka profil yang diperoleh adalah :

Check Station 000

Inersia Maksimum

421x

4

22

32

4

21

31

21

cm 12.086,67

2 cm 5.357,65

..12/1

cm 1.371,38

..12/1

2

=

+=

=

+=

=

+=

+=

xx

x

x

xxx

III

YbhbhI

YbhbhI

III


cm 4,84 =

=AI

iy y 3cm 78,805

.5,0=

=h

IW xx

l lk

4

21

4

22

32

4

21

31

21

cm 51,734.1

2 cm 66,866

..12/1

cm 17,1

..12/1

2

=

+=

=

+=

=

+=

+=

yyy

y

y

yyy

III

XbhhbI

XbhhbI

III

( ) ( ) ( )3cm 448,176

2/1..4/1.2/1.

=

+= ffwwx thttbhhtS

Kontrol Tekuk

2,44102,3 ilk

cm 495 22/1

min

==

=

==

llk

22

221

2

2

N/mm 160 ........................ N/mm 20,2

56,1

N/mm 10,11

.

N/mm 35,13

..

=

+=

=

+=

=

=

AN

WM

tISD

x

wx

x

cm 12,78 =

=AIix x


13

500

200


mm 100ymm 250

==x

4

21

4

22

32

4

21

31

21

421

4

22

32

4

21

31

21

cm 35,735.1

2 cm 67,866

..12/1

cm 2,02

..12/1

2

cm 05,319.41

2 cm 17.109,65

..12/1

cm 76,099.7

..12/1

2

=

+=

=

+=

=

+=

+=

=

+=

=

+=

=

+=

+=

yyy

y

y

yyy

xxx

x

x

xxx

III

XbhhbI

XbhhbI

III

III

YbhbhI

YbhbhI

III

Check Station 700

Inersia Maksimum

cm 21,34 =

=AIix x

( ) ( ) ( )3cm 857,776

2/1..4/1.2/1.

=

+= ffwwx thttbhhtS

cm 4,37 =

=AI

iy y 3cm 76,652.1

.5,0=

=h

IW xx


l lk

Kontrol Tekuk

22

221

2

2

N/mm 160 ........................ N/mm 102,49

56,1

N/mm 102,36

.

N/mm 08,4

..

=

+=

=

+=

=

=

AN

WM

tISD

x

wx

x

Maka, Modifikasi dari profil IWF 400 x 200 x 8 x 13 dapat dipakai untuk penggunaan rangka

kolom.

A.1.2 Perencanaan Balok Tappered Beam

Station 000

M = 154.890,53 Nm

D = 23.719,34 N

N = 21.335,12 N

Station 388

M = 110.772,76 Nm

D = 15.884,8 N

2,483113,27 ilk

cm 495 22/1

min

=

=

=

=

=

llk


N = 19.695,9 N

Station 000 sampai dengan Station 388

Station 1552

M = 49.317,26 Nm

D = 17.251,36 N

N = 14.117,67 N

Check penggunaan modifikasi profil awal IWF 450 x 200 x 9 x 14

400cos200200 +=

a mm

500cos250250 +=

b mm

/2 = 0,740

= 1,480


400

200 500

200

500

14

200

9


x = 250 mm

y = 100 mm

Maka profil yang diperoleh adalah :

Check Station 000

Inersia Maksimum

421x

4

22

32

4

21

31

21

cm 41.900

2 cm 16.538,29

..12/1

cm 8.823,41

..12/1

2

=

+=

=

+=

=

+=

+=

xx

x

x

xxx

III

YbhbhI

YbhbhI

III


cm 4,27 =

=AI

y y

3cm 690.1 .5,0

=

=h

IW xx

l lk

4

21

4

22

32

4

21

31

21

cm 35,735.1

2 cm 67,866

..12/1

2,0cm

..12/1

2

=

+==

+=

=

+=

+=

yyy

y

y

yyy

III

XbhhbI

XbhhbI

III

( ) ( ) ( )3cm 907,36

2/1..4/1.2/1.

=

+= ffwwx thttbhhtS

Kontrol Tekuk

7,607

198,6 ilk

cm 848,8 22/1

min

=

=

=

==

llk

cm 20,3 =

=AIix x


400

200

13

8

22

221

2

2

N/mm 160 ........................ N/mm 107,91

56,1

N/mm 107,67

.

N/mm 7,5

..

=

+=

=

+=

=

=

AN

WM

tISD

x

wx

x

Station 388 sampai dengan Station 1552

Check penggunaan modifikasi profil IWF 450 x 200 x 9 x 14 atau penggunaan profil

IWF 400 x 200 x 8 x 13.

Periksa penggunaan profil terlemah, IWF 400 x 200 x 8 x 13.

F section = 8.410 mm2 Ix = 23.700 cm4

x = 200 cm Iy = 1.740 cm4

y = 100 cm ix = 16,80 cm

Wx = 1.190 cm3 iy = 4,54 cm


lk l

Inersia Maksimum

4

21

22

32

21

31

21

421

22

32

21

31

21

cm 1.740

2

..12/1

..12/1

2

cm 700.23

2 ..12/1

..12/1

2

=

+=

+=

+=

+=

=

+=

+=

+=

+=

yyy

y

y

yyy

xxx

x

x

xxx

IIIXbhhbI

XbhhbI

III

IIIYbhbhI

YbhbhI

III

( ) ( ) ( )3cm 662,976

2/1..4/1.2/1.

=

+= ffwwx thttbhhtS

Kontrol Tekuk

748,6

186,9 ilk

cm 848,8 22/1

min

=

=

=

=

=

llk

cm 54,4cm 8,16

cm 190.1 3

=

=

=

y

x

x

ii

W


= 150

= 450

x = 600 mm

22

221

2

2

N/mm 160 ........................ N/mm 109,18

56,1

N/mm 108,89

.

N/mm 03,6

..

=

+=

=

+=

=

=

AN

WM

tISD

x

wx

x

Maka, penggunaan dari modifikasi profil IWF 450 x 200 x 9 x 14 sepanjang 3,88 meter dan

penggunaan profil IWF 400 x 200 x 8 x 13, dapat dipakai pada rangka balok struktur.

A.2. PERENCANAAN SAMBUNGAN RANGKA TAPPERED BEAM

A.2.1 Titik B

M = 155.981,44 Nm

D = 23.719,34 N

N = 29.224,22 N


600

100

100

100

100

100

h

a

b

x

100

Rencanakan baut d = 20 mm

cm 7,10

x

cm 0,942

. ..4/1.22

=+

=

=

=

baah

sda

profil

baut

( )4

33

cm 45.791,42

.3/1..3/1

=

+= xhaxbI x

Nmm 9,1155.437.19 cos

H1/2-x-hN'MM'

N 22.089,4 sincos'

N 30.474,9 sincos'

=

+=

==

=

+=

DNN

NDD

Gaya gaya yang bekerja


50

50

50

50

tw = 8 mm

( )

2N/mm 167,35

'

=

=

xa I

xhM

2

2

N/mm 7,04 ..4/1.

'

=

=dn

NN

( )22

221

2

2

N/mm 240 ............................... N/mm 175,24

3

N/mm 9,7 ..4/1.

'

=

++=

=

=

Na

dnD

Tebal Pelat Penyambung

( )[ ]

( )

N 221.935,62

2/t0,61 PI

Nmm 331.502.192, 2/t-yP 0,6M

N 55.025,36 .

w

w

1

=

+=

=

=

=

=

wty

AP

Rencanakan tebal pelat 20 mm


600

50

100 100

50 100

h

b

a

x

50

100 50

22

221

2

2

2

N/mm 160 ...................................... N/mm 132,26

56,1

N/mm 55,48 .

N/mm 112,66 ..6/1

=

+=

=

=

=

=

=

tsI

tbM

M

Gunakan pelat penyambung 600 x 200 x 20 mm.

M = 44.671,8 Nm

D = 17.251,3 N

N = 14.117,6 N

A.2.2 Titik C



cm 7,10

x

cm 0,942

. ..4/1.22

=+

=

=

=

baah

sda

profil

baut

( )

4

33

cm 45.791,42

.3/1..3/1

=

+= xhaxbI x

Nmm ,445.395.342 cos

H1/2-x-hN'MM'

N 9.171,59 sincos'

N 30.317,38 sincos'

=

+=

==

=

+=

DNN

NDD


( )

2N/mm 48,87

'

=

=

xa I

xhM

2

2

N/mm 2,92 ..4/1.

'

=

=dn

NN

( )22

221

2

2

N/mm 240 ............................... N/mm 52,98

3

N/mm 6,47 ..4/1.

'

=

++=

=

=

Na

dnD


50

50

50

50

tw = 8 mm

P

Tebal Pelat Penyambung

( )[ ]

( )

N 74.028,95

2/t0,61 PI

Nmm 459.145,87 2/t-yP 0,6M

N 16.635,72 .

w

w

1

=

+=

=

=

=

=

wty

AP


22

221

2

2

2

N/mm 160 ...................................... N/mm 41,47

56,1

N/mm 18,5 .

N/mm 34,43 ..6/1

=

+=

=

=

=

=

=

tsI

tbM

M



200 220

N 338.520

.

N/mm 84,63

08,93.220200

N/mm 93,08

2

2

=

=

=

=

=

=

flensflens

flens

xterjadi

AP

WM

l1 = 20 cm

l2 l2

Anggap tebal las 5 mm

( )N 102.954,7

200.91,0..21/2 160.

. . 11

=

=

=

tbs

CAP geser

A.2.3 Sambungan pada badan

Station 388

M = 110.772,76 Nm

D = 15.884,8 N

N = 19.695,9 N

Wx min = 1190 cm3

A pelat penyambung A flens

200 x tp 13 x 200

Ambil tebal pelat 20 mm.

Sambungan Flens


400

hp

Tebal plat = 20 mm

200 220

( )mml

llt

ClasAP

NPPPP

las

geser

98,358 . . .2.2/1.

.. .

6,782.117 2

2

22

22

2

12

=

=

Rencanakan l2 = 400 mm

Sambungan Badan

2

2

N/mm 84,63

08,93.220200

N/mm 93,08

=

=

=

=

flens

xterjadi W

M

34

33

. 167,0 6,3487

..12/1..12/1

p

p

xx

hcm

hbhb

penyambungI badanI

Rencanakan hp = 25 cm


400 400

250 400

( )( )

penyambungpelat 2 Untuk cm 33,208.5penyambungpelat 1 Untuk cm 2.604,16

25.2.12/1

4

4

3

=

=

=

platI

platI

x

x

Rmaks (Dmaks) = 15.884,8 N

NmmplatWM xwebplat

000.463.8

. .2

=

=

Pusat las

( )[ ] ( )

( )[ ] ( )[ ] ( ) ( )[ ] ( )[ ]4

22332x

mm ,6339.629.000

15,24625015,246250400400.12/12250.12/12/250400.2

mm 15,246

40021.

400250400.2

=

++++=+

=+

=

yII

x


( )

( )

( )

( )22

221

2

2

2

y

T

N/mm 160.x 0,6 N/mm 27,4

N/mm 0,16

.2/1

N/mm 17,20

2/250.

N/mm 21,17

15,246400.

Nmm 245.453.438, .2/1M

Nmm 241.221.938, 12,246400..2/1

=

++=

=

=

=

+=

=

+

=

=

+=

=

=

xyy

y

yx

Tx

yx

T

s

makss

AD

IIM

IIM

MM

DM


l lk

44,2

112,5 ilk

495cm 22/1

min

=

=

=

==

llk

450

200

B. Honeycomb (Castelled) Beam

B.1. PERENCANAAN RANGKA HONEYCOMB BEAM

kg/m 0,76cm 76,96

cm 4,4cm 6,18

cm 870.1

500.33

cm 1490

2

4

4

3

==

=

=

=

=

=

qA

iiI

cmIW

y

x

y

x

x

B.1.1 Perencanaan Kolom

M = 155.506,5 Nm

D = 28.767,2 N

N = 35.941,3 N

Check Profil Awal IWF 450 x 200 x 9 x 14

( ) ( ) ( )3cm 813,7965

2/1..4/1.2/1.

=

+= ffwwx thttbhhtS

Kontrol Tekuk


22

221

2

2

N/mm 160 ........................ N/mm 113,84

56,1

N/mm 113,43

.

N/mm 76,7

..

=

+=

=

+=

=

=

AN

WM

tISD

x

wx

x

Maka, profil IWF 450 x 200 x 9 x 14 dapat digunakan pada perencanaan kolom.

B.1.2 Perencanaan Balok Honeycomb (Castella)

profilWMterjadi

x

=

M = 154.415,58 Nm

D = 23.033,50 N

N = 21.070,31 N

3 09,965 cmWx

Asumsikan perbandingan tinggi profil IWF standard dengan IWF modifikasi sekitar 1,5.

3cm 643,4 5,1

(perlu) (profil)

xxWW


24

4

3

cm 83,3

1900cm

300.13

cm 893

=

=

=

=

A

IcmI

W

y

x

x

D

h tw

Coba profil WF 300 x 200 x 9 x 14

1,08

(perlu) 1

=

=x

x

WWK

Tinggi potongan honeycomb minimum

( )mm 24

11

hKHh

Ambil h = 150 mm

mmhhHh

75''2=

=

Check tinggi potongan tampang minimum terhadap geser vertikal

( )!.........................................99,1975

4,02'

okemmmmt

Dhprofilw

Dianggap geser vertikal ditahan sepenuhnya oleh h


300

75

150

75

450

75

150 450

100

14

180,5

450

75

218

200

9

K2 = . . = 8,03

Lebar potongan tampang minimum

Rencanakan :

= 450

K2 = 8,03

mm 75,492

tan 2

2

eKhe

Gunakan e = 100 mm


l lk

59,7

197,13 ilk

1100cm 22/1

min

=

=

=

==

llk

Diasumsikan perletakan gording terletak pada bagian badan yang utuh (tidak berlubang) dan

diberikan perkuatan berupa pelat pengkaku. Sehingga, balok IWF castella berperilaku seperti

balok IWF normal.

kg/m 0,76cm 76,96

cm 4,4cm 6,18

cm 870.1

500.33

cm 1490

2

4

4

3

=

=

=

=

=

=

=

qA

iiI

cmIW

y

x

y

x

x

Kontrol Tekuk

22

221

2

2

N/mm 160 ........................ N/mm 115,066

56,1

N/mm 114,79

.

N/mm 59,6

..16,1

=

+=

=

+=

=

=

AN

WM

HtD

x

wmaks

Maka, penggunaan dari modifikasi profil IWF 300 x 200 x 9 x 14 dapat digunakan pada

balok.


700

250

50

150

150

150

150

h

b

x

a

50

B.2. SAMBUNGAN RANGKA HONEYCOMB BEAM


B.2.1 Titik B

M = 154.415,5 Nm

D = 8.823,7 N

N = 18.098,9 N


cm 5,10

x

cm 0,628

. ..4/1.22

=+

=

=

=

baah

sda

profil

baut

( )4

33

cm 51.371,55

.3/1..3/1

=

+= xhaxbI x

( )( )Nmm 2159.918.31

/2/1''

N 15.198,5 sincos'

N 13.207,4 sincos'

=+=

==

=+=

casHxhNMM

DNN

NDD


( )

2N/mm 185,22

'

=

=

xa I

xhM

2

2

N/mm 4,84 ..4/1.

'

=

=dn

NN

( )22

221

2

2

N/mm 240 ............................... N/mm 190,19

3

N/mm 4,2 ..4/1.

'

=

++=

=

=

Na

dnD


50

50

50

50

tw = 9 mm

Tebal pelat penyambung


22

221

2

2

2

N/mm 160 ...................................... N/mm 143,56

56,1

N/mm 60,2 .

N/mm 122,3 ..6/1

=

+=

=

=

=

=

=

tsI

tbM

M


( )[ ]

( )

N 240.869,3

2/t0,61 PI

Nmm 71.630.346, 2/t-yP 0,6M

N 59.719,66 .

w

w

1

=

+=

=

=

=

=

wty

AP


50

150

150

150

150

50

250

700

a

h

x

b


B.2.2 Tititk C

M = 44.717,06 Nm

D = 12.063,7 N

N = 12.073,9 N

cm 10,5

x

cm 0,628

. ..4/1.22

=+

=

=

=

baah

sda

profil

baut

( )4

33

cm 51.371,55

.3/1..3/1

=

+= xhaxbI x


50

50

50

50 P

tw = 9 mm

Nmm ,445.819.832 cos

H1/2-x-hN'MM'

N 8.540,3 sincos'

N 14.777,6 sincos'

=

+=

==

=

+=

DNN

NDD


( )

2N/mm 53,4

'

=

=

xa I

xhM

2

2

N/mm 2,7 ..4/1.

'

=

=dn

NN

( )22

221

2

2

N/mm 240 ............................... N/mm 58,3

3

N/mm 4,7 ..4/1.

'

=

++=

=

=

Na

dnD

Tebal pelat penyambung



22

221

2

2

2

N/mm 160 ...................................... N/mm 43,93

56,1

N/mm 18,5 .

N/mm 37,4 ..6/1

=

+=

=

=

=

=

=

tsI

tbM

M


B.2.3 Sambungan pada badan

( )[ ]

( )

N 73.835

2/t0,61 PI

Nmm 499.759,2 2/t-yP 0,6M

N 18.306,2 .

w

w

1

=

+=

=

=

=

=

wty

AP


N 193.954,7

.

N/mm 48,3

473,66.245225

N/mm 52,6

2

2

=

=

=

=

=

=

flensflens

flens

xterjadi

AP

WM

225 245

Anggap tebal las 5 mm

( )N 102.954,7

200.91,0..21/2 160.

. . 11

=

=

=

tbs

CAP geser

l1=200 mm

l2 l2

Station 1200

M = 70.658,1 Nm

D = 12.774,5 N

N = 13.539,2 N

Wx min = 1343,73 cm3

A pelat penyambung A flens

200 x tp 14 x 200

Ambil tebal pelat 20 mm.

Sambungan Flens


Tebal plat = 20 mm

450 hp

2N/mm 52,6

.245225

=

= terjadiweb 225 245

( )mml

Clt

ClasAP

NPPPP

las

geser

5,137 . . .2.2/1.

.. .

6,122.45 2

2

22

22

2

12

=

=

Rencan

chapter iii-v honey comb.pdf

Documents