perencanaan rangka atap baja ringan berdasarkan...

PERENCANAAN RANGKA ATAP BAJA RINGAN

BERDASARKAN AUSTRALIAN/NEW ZEALAND STANDARD

( AS/NZS 4600:1996 )

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas – tugas dan

memenuhi syarat untuk menempuh ujian sarjana teknik sipil

Disusun oleh :

04 0404 044

RAHMAT AMAN SANTOSO

BIDANG STUDI STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2011

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK Produksi baja canai dingin di Indonesia semakin meningkat, umumnya

ditujukan pada konstruksi rangka atap baja ringan yang digunakan sebagai material alternatif selain kayu dan baja konvensional. Hal itu dikarenakan rangka atap jenis ini dianggap lebih ekonomis dan cepat dari segi perakitan. Meskipun demikian akibat ketiadaan peraturan tentang baja canai dingin maka banyak pelaksana di lapangan tidak terbiasa dengan proses perencanaan dan pelaksanaannya.

Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas proses perencanaan struktur rangka atap baja ringan (berupa struktur rangka kuda-kuda) berdasarkan Australian/ New Zealand Standard (AS/NZS 4600:1996), yang terdiri dari perencanaan pembebanan, analisis struktur, perencanaan batang tarik dan batang tekan dan perencanaan sambungan dengan sekrup kemudian dibandingkan dengan proses perencanaan struktur rangka atap baja konvensional berdasarkan SNI 03 – 1729 – 2002 “Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung”.

Pada aplikasi perhitungan dapat dilihat perbandingan berat struktur rangka atap baja ringan dengan rangka atap baja konvensional, dimana struktur rangka atap baja ringan dari segi berat lebih ekonomis 36,87 % dibanding rangka atap baja konvensional pada luas bentang 18 m x 38 m.


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis sampaikan kehadirat ALLAH SWT atas karunia-

Nya memberikan pengetahuan, kekuatan, dan kesempatan kepada penulis

sehingga mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi tugas – tugas dan memenuhi

syarat untuk menempuh ujian sarjana pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Sipil

Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah “Perencanaan

Rangka Atap Baja Ringan Berdasarkan Australian/New Zealand Standard

(AS/NZS 4600:1996)“.

Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan dan

bimbingan dari berbagai pihak. Bantuan berupa dukungan moril, material,

spiritual, maupun administrasi. Oleh karena itu, sudah layaknya penulis

mengucapkan banyak terima kasih kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, Ketua Departemen Teknik Sipil,

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sekaligus Dosen Pembimbing

yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk

memberikan bimbingan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Syahrizal, MT, Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Sanci Barus, MT, Bapak Ir. Robert Panjaitan dan Bapak Ir.

Torang Sitorus, MT, selaku dosen pembanding yang telah memberikan

masukan dan arahan.

4. Bapak dan Ibu Dosen/Staf pengajar yang telah memberikan ilmu yang

bermanfaat selama penulis berkuliah di Departemen Teknik Sipil,

Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara.

5. Pegawai Adminitrasi Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas

Sumatra Utara.


6. Kedua orang tua penulis yang tak pernah lelah berdoa, memberikan segala

yang terbaik dan kasih sayang yang tak berkesudahan, serta seluruh saudara-

saudara penulis semuanya.

7. Teman-teman seperjuangan, sahabat-sahabat, serta adik-adik

seperkuliahan yang telah banyak memberikan dorongan serta bantuan

dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

8. Serta pihak – pihak lain yang turut berperan serta dalam penyelesaian Tugas

Akhir ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu namanya.

Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini jauh dari sempurna

karena keterbatasan pengetahuan, pengalaman, dan referensi yang penulis

miliki. Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran demi perbaikan pada masa

mendatang.

Akhir kata, semoga Allah memberikan manfaat dan melimpahkan berkah

atas Tugas Akhir ini sehingga dapat berarti bagi ilmu pengetahuan dan

teknologi, khususnya pada bidang Tekni Sipil.

Medan, Maret 2011

NIM : 040404044

Rahmat Aman Santoso


DAFTAR ISI

ABSTRAK ................................................................................................... i

KATA PENGANTAR .................................................................................. ii

DAFTAR ISI ................................................................................................ iv

DAFTAR GAMBAR.................................................................................... viii

DAFTAR TABEL ........................................................................................ x

DAFTAR NOTASI....................................................................................... xi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Umum ................................................................................... 1

1.2 Latar Belakang ...................................................................... 5

1.3 Maksud dan Tujuan ................................................................ 7

1.4 Pembatasan Masalah .............................................................. 7

1.5 Metode Pembahasan .............................................................. 9

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum ................................................................................... 10

2.1.1 Desain Struktur ............................................................. 12

2.1.2 Peraturan Baja di Berbagai Negara ................................. 13

2.1.3 Perbandingan Material Rangka Atap .............................. 14

2.1.4 Fenomena Khas Konstruksi Baja Canai Dingin .............. 18

2.1.5 Baja Struktural Cold Formed ......................................... 23

2.1.5.1 Baja yang Dapat Dipakai .................................... 23

2.1.5.2 Peningkatan Kekuatan Baja, Pengaruh dari

Cold-Forming .................................................. 25

2.1.5.3 Daktilitas ............................................................ 29

2.1.6 Desain Tegangan ........................................................... 31

2.2 Pembebanan .......................................................................... 35

2.2.1 Beban Mati .................................................................... 37


2.2.2 Beban Hidup .................................................................. 40

2.2.3 Beban Angin .................................................................. 42

2.2.4 Beban Gempa................................................................. 42

2.2.5 Kombinasi Pembebanan ................................................. 43

2.3 Elemen Struktur Cold Formed Steel ....................................... 44

2.3.1 Batang Tarik .................................................................. 44

2.3.2 Batang Tekan ................................................................. 46

2.3.3 Luas Efektif (Ae) Elemen Tekan ..................................... 53

2.3.3.1 Lokasi Pengurangan Lebar Tampang ................... 53

2.3.3.2 Batas Dimensional .............................................. 56

2.3.3.3 Lebar Efektif Elemen Tekan Berpengaku ............. 57

2.3.3.4 Lebar Efektif Untuk Elemen Tekan Dengan

Pengaku Tepi .................................................... 58

2.4 Sambungan Sekrup ................................................................. 61

2.4.1 Umum............................................................................ 61

2.4.2 Sambungan Sekrup Untuk Menahan Geser ..................... 63

2.4.3 Sambungan Sekrup Untuk Menahan Tarik ..................... 67

2.4.4 Kekuatan Tarik Elemen Pada bagian Sambungan ............ 69

BAB III ANALISA STRUKTUR

3.1 Pemodelan Struktur Rangka Atap .......................................... 71

3.2 Material ................................................................................. 72

3.3 Pembebanan Dalam Pemodelan SAP ...................................... 73

3.3.1 Beban Mati .................................................................... 75

3.3.2 Beban Hidup .................................................................. 84

3.3.3 Beban Angin .................................................................. 85

3.3.4 Beban Hujan .................................................................. 87

3.4 Gaya Dalam Maksimum ........................................................ 89


BAB IV PERENCANAAN STRUKTUR RANGKA ATAP

4.1 Pendahuluan ........................................................................... 91

4.2 Perencanaan Batang Tarik ...................................................... 91

4.2.1 Batang Tarik Bawah ....................................................... 91

4.2.2 Batang Tarik Web .......................................................... 93

4.3 Perencanaan Batang Tekan ..................................................... 95

4.3.1 Batang Tekan Atas ......................................................... 95

4.3.2 Batang Tekan Web ......................................................... 103

4.3.3 Batang Tekan Web Horizontal ........................................ 108

4.4 Desain Sambungan Rangka Atap ............................................ 116

4.4.1 Sambungan pada Joint 1 ................................................. 116

4.4.2 Sambungan pada joint 19 ................................................ 123

4.4.3 Sambungan pada joint 7.................................................. 129

BAB V PERENCANAAN STRUKTUR RANGKA ATAP DENGAN

BAJA KONVENSIONAL

5.1 Pemodelan Struktur Rangka Atap ........................................... 143

5.2 Material ................................................................................. 144

5.3 Perencanaan Gording ............................................................. 144

5.4 Analisa Struktur dengan SAP .................................................. 149

5.4.1 Beban Mati .................................................................... 149

5.4.2 Beban Hidup .................................................................. 155

5.4.3 Beban Angin .................................................................. 156

5.4.4 Beban Hujan .................................................................. 157

5.5 Gaya Dalam Maksimum ........................................................ 159

5.6 Perencanaan Struktur Rangka Atap.......................................... 162

5.6.1 Batang Tarik .................................................................. 162

5.6.2 Batang Tekan ................................................................. 164

5.7 Perencanaan Sambungan ......................................................... 170


5.7.1 Batang Tarik .................................................................. 170

5.7.2 Batang Tekan ................................................................. 171

5.8 Perhitungan Berat Rangka Atap............................................... 173

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan ............................................................................ 176

6.2 Saran ...................................................................................... 177

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 178


DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 : Profil baja konvensional dan profil baja ringan ...................... 2

Gambar 1.1 : Model rencana kuda-kuda ..................................................... 8

Gambar 2.1 : Tekuk Lokal pada Penampang Langsing ................................ 19

Gambar 2.2 : Konsep Lebar Efektif Penampang Cold-formed ..................... 21

Gambar 2.3 : Properti Baja Akibat Proses Dingin ....................................... 23

Gambar 2.4 : Pengaruh cold-work terhadap spesifikasi mekanis

penampang baja cold formed ................................................ 26

Gambar 2.5 : Pengaruh strain-hardening dan strain-ageing terhadap

spesifikasi mekanis tegangan-regangan ................................. 27

Gambar 2.6 : Kurva tegangan-regangan baja .............................................. 32

Gambar 2.7 : Single-symetric (monosymmetric) sections dan Doubly-

symetric sections .................................................................. 49

Gambar 2.8 : Point-symetric sections ......................................................... 51

Gambar 2.9 : Non-symetric (asymmetric) sections ...................................... 51

Gambar 2.10 : Elemen berpengaku dengan gaya tekan seragam .................... 54

Gambar 2.11 : Elemen dan web berpengaku dengan gaya tekan tidak

seragam ................................................................................ 54

Gambar 2.12 : Elemen tidak berpengaku dengan gaya tekan seragam............ 55

Gambar 2.13 : Elemen tidak berpengaku dengan tegangan tidak seragam ...... 55

Gambar 2.14 : Elemen dengan pengaku tepi Lip biasa .................................. 60

Gambar 2.15 : Self-drilling screw ................................................................ 62

Gambar 2.16 : Pembatasan jarak sekrup ...................................................... 64

Gambar 3.1 : Model portal 2D ................................................................... 71

Gambar 3.2 : Profil C ................................................................................ 72

Gambar 3.3 : Profil B atau Hat ................................................................... 72

Gambar 3.4 : Arah pembebanan pada kuda-kuda ........................................ 76


Gambar 3.5 : Distribusi Beban mati (D) ..................................................... 77

Gambar 3.6 : Distribusi Beban hidup (L) .................................................... 85

Gambar 3.7 : Distribusi Beban angin kiri (Wkiri) ....................................... 86

Gambar 3.8 : Distribusi Beban angin kanan (Wkanan) ................................ 87

Gambar 3.9 : Distribusi Beban hujan (H) ................................................... 88

Gambar 4.1 : Model Kuda-Kuda Baja Ringan ............................................ 91

Gambar 4.2 : Luas Efektif (Ae) profil C ..................................................... 98

Gambar 4.3 : Joint dan batang Rangka Atap ............................................. 116

Gambar 4.4 : Sambungan pada Joint 1 ..................................................... 116

Gambar 4.5 : Detail pemasangan sekrup joint 1 ........................................ 122

Gambar 4.6 : Sambungan pada joint 19 .................................................... 123

Gambar 4.7 : Detail pemasangan sekrup pada joint 19 .............................. 128

Gambar 4.8 : Sambungan pada joint 7 ...................................................... 129

Gambar 4.9 : Detail pemasangan sekrup pada joint 7 ................................ 137

Gambar 5.1 : Model Kuda-Kuda Baja Konvensional ................................ 143

Gambar 5.2 : Pembebanan pada Gording.................................................. 145

Gambar 5.3 : Distribusi Beban mati (D) ................................................... 150

Gambar 5.4 : Distribusi Beban hidup (L) .................................................. 155

Gambar 5.5 : Distribusi Beban angin kiri (Wkiri) ..................................... 157

Gambar 5.6 : Distribusi Beban angin kanan (Wkanan) .............................. 157

Gambar 5.7 : Distribusi Beban hujan (H) ................................................. 157


DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 : Perbandingan konfigurasi material baja konvensional

dengan baja ringan ................................................................ 4

Tabel 2.1 : Standar Perencanaan Baja di berbagai Negara........................ 14

Tabel 2.2 : Kekuatan Mnimum Baja Ringan Berdasarkan AS 1163,

AS 1397, AS 1594, AS 1595 dan AS/NZS 3678 ..................... 34

Tabel 2.3 : Nilai faktor koreksi kt ........................................................... 46

Tabel 2.4 : Menentukan koefisien tekuk pelat (k) .................................... 59

Tabel 2.5 : Diameter Nominal Sekrup ..................................................... 63

Tabel 2.6 : Kuat tarik aksial minimum untuk sekrup self-drilling ............. 69

Tabel 3.1 : Rekapitulasi Beban Mati ....................................................... 84

Tabel 3.2 : Gaya dalam maksimum ......................................................... 89

Tabel 4.1 : Rekapitulasi Perencanaan Rangka Batang............................ 115

Tabel 4.2 : Desain Sambungan ............................................................. 138

Tabel 5.1 : Kombinasi Gaya Dalam pada Gording ................................ 147

Tabel 5.2 : Rekapitulasi Beban Mati ..................................................... 155

Tabel 5.3 : Gaya Dalam Maksimum pada Rangka Batang ..................... 160

Tabel 5.4 : Rekapitulasi Perencanaan Rangka Batang............................ 169

Tabel 5.5 : Berat struktur rangka atap baja ringan (cold formed steel) .... 173

Tabel 5.6 : Berat struktur rangka atap baja konvensional (hot rolled

steel) .................................................................................. 174

Tabel 5.6 : Perbandingan Berat Struktur Rangka Atap ........................... 174


DAFTAR NOTASI b lebar dari elemen tidak termasuk bagian melingkar

b2 lebar elemen yang memiliki pengaku pada bagian tengah, tidak termasuk

bagian melingkar

be lebar efektif suatu bagian penampang

c koefisien pengali untuk lebar efektif penampang

d dimensi pengaku

db diameter baut

df diameter sekrup

ds reduksi lebar efektif dari pengaku

dsc lebar efektif dari pengaku

fn f kritis

foc nilai dari tegangan yang nilainya bervariasi sesuai dengan proses yang

diterima oleh bagian struktur yang ditinjau

fy tegangan leleh penampang

fya rata-rata tegangan leleh desain dari baja berpenampang utuh dari elemen

tekan

fyc rata-rata tegangan leleh tarik dari penampang tertekuk

fyf rata-rata tegangan leleh tarik lembaran

fyv tegangan leleh tarik dari penampang yang belum dibentuk secara cold

form

fu tegangan fraktur penampang

fuv kuat tarik dari penampang yang belum dibentuk secara cold form

fu1 kekuatan tarik ultimate dari penampang yang menempel dengan bagian

kepala sekrup

fu2 kekuatan tarik ultimate dari penampang yang tidak menempel dengan

bagian kepala sekrup


f* tegangan desain dari elemen tekan berdasarkan lebar efektif, diambil

sama dengan nilai fy

kt faktor koreksi akibat distribusi dari gaya yang bekerja

l panjang tak terkekang

le bentang efektif dari bagian struktur yang ditinjau

m konstanta yang bernilai

r rasio tahanan - beban kombinasi aksial dan momen

rf rasio dari gaya yang disalurkan oleh sekrup pada luasan penampang yang

ditinjau dibagi dengan kekuatan tarik yang ada pada luasan penampang

tersebut.

ri radius girasi penampang

sf jarak antar baut tegak lurus dengan garis gaya

t ketebalan penampang

t1 ketebalan dari penampang yang menempel dengan bagian kepala sekrup

t2 ketebalan dari penampang yang tidak menempel dengan bagian kepala

sekrup

x0 pusat geser arah x

y0 pusat geser arah y

A luas area dari penampang

Ae luas efektif dalam keadaan leleh

Ag luas kotor dari penampang

An luas bersih dari penampang

As luas area reduksi pengaku

Asc luas area efektif dari pengaku

BBc konstanta yang bernilai

Cr rasio luas area tertekuk terhadap luas penampang total


Cb koefisien amplifikasi momen

Cm koefisien momen

D beban mati yang diakibatkan oleh berat konstruksi permanen, termasuk

dinding , lantai, atap, plafon, partisi tetap, tangga, dan peralatan layan

tetap

E modulus young

Et tangen modulus

F rasio dari rata-rata terhadap spesifikasi penampang

Fpr proportional limit

G modulus geser

H beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan oleh genangan air

E beban gempa, yang ditentukan menurut SNI 03-1726-1989, atau

penggantinya

Ia second moment yang dibutuhkan di daerah pengaku, sehingga setiap

komponen elemen bertindak sebagai elemen pengaku

Ib second moment dari daerah dengan luas penampang tak tereduksi

Is second moment dari daerah dengan pengaku utuh di sekitar sumbu

sentroid parallel terhadap elemen yang harus diperkaku

Iw nilai kelengkungan untuk luas penampang

J nilai torsi untuk luas penampang

K koefisien tekuk

L beban hidup yang ditumbulkan oleh penggunaan gedung, termasuk kejut,

tetapi tidak termasuk beban lingkungan seperti angin, hujan, dan lain-lain

La beban hidup di atap yang ditimbulkan selama perawatan oleh pekerja,

peralatan, dan material, atau selama penggunaan biasa oleh orang dan

benda bergerak

M rasio dari rata-rata terhadap spesifikasi nominal material

Nc kapasitas nominal member tekan


Ns kapasitas nominal penampang tekan

Nt* kekuatan tarik desain

N* kuat ultimit aksial desain

Nt kekuatan nominal tarik

V koefisien variasi

Vb kekuatan geser dari penampang dimana terdapat sistem sambungan

W beban angin

X tinggi penampang

Zc modulus penampang efektif

Zf modulus penampang efektif tak tereduksi

α sudut kemiringan atap

αnx faktor amplifikasi momen

β reliability index

βo reliability target

δ deformasi

ε regangan

γL koefisien pengali kombinasi beban hidup

ρ faktor lebar efektif

λ angka kelangsingan

σ tegangan

Ф faktor kapasitas

Фb faktor reduksi untuk kekuatan lentur

Фc faktor reduksi untuk kekuatan tekan

Фt faktor reduksi untuk kekuatan tarik


perencanaan rangka atap baja ringan berdasarkan...

Documents