Perencanaan Kuda [PDF]

Citation preview

PERENCANAAN KUDAKUDA



4.1. Gambar Desain Rencana Kuda-Kuda Proses desain diawali dengan menentukan desain struktur dan material yang akan digunakan sebagai material kuda-kuda. Bentang kuda-kuda dan tinggi kuda-kuda disesuaikan dengan bentang melintang bangunan.



Gambar. Desain perencanaan kuda-kuda



4.2. Spesifikasi Profil Rangka Kuda-Kuda Sebagai struktur utama kuda-kuda digunakan profil baja siku ganda 2L 2x2x1/8 inch dan 2L 2x2x3/16 inch. Berikut spesifikasi dari profil yang dipilih secara mendetail beserta sambungan dan pelat penyambung,



Gambar. Profil kuda-kuda yang digunakan



Tabel . Data profil baja rangka kuda-kuda



Profil yang digunakan W Ag b d t Ix rx ry Fy x Fu Tebal Gusset Bolt D bolt D hole A bolt Spacing



Double-angle 2L 2 x 2 x 1/8 Double-angle 2L 2 x 2 x inch 3/16 inch 4,973 kg/m 7,293 kg/m 2 633,547 mm 929,03 mm2 50,8 mm 50,8 mm 50,8 mm 50,8 mm 3,175 mm 4,763 mm 4 157335,479 mm 225181,201 mm4 15,748 mm 15,545 mm 20,777 mm 21,107 mm 250 MPa 250 MPa 13,564 mm 14,249 mm 400-550 MPa 400-550 MPa 0,635 cm 0,635 cm Diasumsikan perkuatan 3 baut dalam 1 A307 baris 12,7 mm 12,7 mm 15,875 mm 15,875 mm 2 126,613 mm 126,613 mm2 40 mm 40 mm



4.3. Pembebanan Kuda-kuda Simulasi pembebanan dikelompokkan menjadi beban mati, beban hidup, beban hujan, dan beban angin. Beban mati pada atap dikelompokkan menjadi dua, yaitu beban mati atas dan beban mati bawah. Beban mati atas terdiri dari berat penutup atap (gording dan penutup atap). Beban mati bawah terdiri dari berat sendiri kuda-kudadan berat penggantung plafond (tidak menggunakan plafond.



Tabel 5. Spesifikasi penutup atap



Jenis Penutup Atap Berat Penutup Atap Jarak Gording Berat Penggantung Langit-Langit Jarak Antar Kuda-Kuda Kemiringan atap α



Spesifikasi Zincalcume Lysaght Spandek AZ-150 4,55 kg/m2 1,64 m 7 kg/m2 4 m 24 Derajat



 Beban Mati (DL) Beban Mati Atas Beban-beban mati yang berada di atas kuda-kuda akan ditransfer menjadi beban titik. Adapun distribusi beban mati atas ialah sebagai berikut:



Gambar 10. Distribusi pembebanan penutup atap dan gording



PDLatas = Pgording + Ppenutup PDLatas=Qgording + Watap x jarak gording x jarakn kuda – kuda Tengah :



P= P=



x + x x Kg = kg = kN



Ujung



P= P=



x + Kg =



−𝑏±√𝑐 2𝑎



Kn



Beban Mati Bawah Beban mati bawah terdiri dari berat kuda-kuda sendiri, berat penggantung plafond (tidak memakai langit-langit). Profil kuda-kuda yang dipakai adalah profil double-angle : 2L (2 x 2 x 1/8) inch dan 2L (2 x 2 x 3/16). Setiap batang kuda-kuda mempunyai panjang yang berbedabeda, maka diperlukan perhitungan khusus. Setiap titik kumpul menanggung beban setengah bagian rangka bagian kanan dan kirinya. Beban yang didistribusikan ke masing-masing titik merupakan berat dari batang di sekitarnya, berikut adalah contoh distribusinya:



-



Titik A merupakan pusat distribusi beban dari berat setengah batang 1 dan 9.



-



Titik B merupakan pusat distribusi beban dari berat setengah batang 1, 2, 9, 10, 28, dan berat penuh dari batang 21.



-



Titik C merupakan pusat distribusi beban dari berat setengah batang 2, 3, 10, 11, 28, 29, dan berat penuh dari batang 22.



Gambar . Rangka batang kuda-kuda



Berat dari masing-masing batang diperoleh dari berat batang per meter dikalikan dengan panjang batang sendiri. Adapun distribusi penggunaan profil baja terdapat pada gambar berikut ini.



Gambar . Pemilihan profil baja untuk rangka kuda-kuda



Batang atas



: 2L 2x2x3/16 inch



Batang bawah



: 2L 2x2x1/8 inch



Batang tegak



: 2L 2x2x1/8 inch



Batang diagonal



: 2L 2x2x3/16 inch



Adapun panjang dari masing-masing batang adalah sebagai berikut. Tabel 6. Panjang Masing-Masing Batang



Batang 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19



Batang 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37



Panjang (m)



PA = Pplafond + Pkuda -kuda Pplafond = ( Ppenggantung ) x Lgording x Lkuda – kuda Tengah



: P Plafon = () x x P Plafon = kg =



Ujung



: P Plafon = P Plafon =



−𝑏±√𝑐 2𝑎



=



Pkuda – kuda A = Wkuda – kuda x Pkuda – kuda A =



x



−𝑏±√𝑐 2𝑎



Kg = Kn PA =



Kn



+



=



Kn



Kn



Kn



−𝑏±√𝑐



x () +



2𝑎



( L1 + L9) x



−𝑏±√𝑐 2𝑎



x



()



Panjang (m)



TITIK



BERAT PLAFOND (Kn)



BERAT KUDA-KUDA



TOTAL BAWAH



A B C D E F G H I



Sehingga pembebanan sturktur kuda-kuda akibat Dead Load menjadi seperti berikut ini :



Beban Pekerja (La) Untuk beban pekerja digunakan berat 2 orang ditambah berat peralatan dengan total berat 200 kg. Pembebanan yang terjadi pada kuda-kuda akibat beban pekerja (La) ditampilkan sebagai berikut.



Beban Angin (W) Beban angin terdiri dari 2 jenis, yaitu beban angin tekan (yang datang menuju atap) dan beban angin hisap (yang menjauhi atap dan bersifat menghisap/mengangkat atap).Tekanan tiup angin = 48,27 kg/m2 Angin Muka Wanginmuka = koefisien angin x tekanan tiup angin Wanginmuka = () x Wanginmuka = () x



Wanginmuka =



Angin Belakang Wanginbelakang = Wanginbelakang =



x



Setelah mengetahui besarnya beban angin untuk setiap luasan, maka apabila beban-beban tersebut ditransfer menuju rangka kuda-kuda, terdapat dua proyeksi beban anginnya, yaitu proyeksi vertikal dan proyeksi horizontal. Berikut perhitungannya Proyeksi Vertikal Beban Angin Angin Muka Anginmuka = Wanginmuka x Lkuda-kuda x Lgording x cos α Anginmuka = x x x Anginmuka = Angin Belakang AnginBelakang = Wbelakang x Lkuda-kuda x Lgording x cos α AnginBelakang = x x x AnginBelakang =



Beban hujan yang jatuh di atas atap akan membebani Kuda-kuda yang penyaluran beban nya tergantung dari kemiringan atap. Berat hujan kg/m. Berikut penentuan beban atap akibat hujan.



Whujan = (40 – 80 x )



Whujan =



kg/m



Phujan = Whujan x jarakgording x jarak kuda-kuda



dihitung dengan rumus ( 40 -80 α )



Tengah : P =



P=



Ujung :



P=



x x



Kg



𝑥=



−𝑏±√𝑏 2 −4𝑎𝑐 2𝑎



P=



4.4 . Gaya Dalam Aksial Tiap Batang



Berdasarkan pembebanan pada sub-bab sebelumnya, dapat digambarkan diagram gaya dalam aksial sehingga diperbolehkan nilai gaya-gaya dalam batang dan sifatnya (tarik-tekan). Berijut gambar maupun ringkasan gaya-gaya dalam tiap batang



4.5 Pemerikasaan Batang Pemeriksaan batang dilakukan terhadap beban terbesar pada batang-batang bawah, atas, dan melintang dari tabel kita dapatkan beban terbesar :  Batang Batang = 84.516 kN (tarik)  Batang Atas = 93.714kN (tekan)  Batang Diagonal = 1. Batang Bawah ( Cek terhadap Tarik ) a. Cek kekuatan batang tarik Pada batang bawah, panjang batang terbessar (L) adalah = mm. Syarat kekakuan batang adalah λ tgusset



plate,



diasumsikan block shear akan terjadi pada gusset plate.



Agt = x = mm² Ant = - x ( x x ) = mm²



maka



Agv = x = mm² Anv = - ( x x ) = mm² x L



Fu. Ant = x



= kN



0.6 . Fu . Anv = x x = kN



Fu . Ant < 0.6 . Fu . Anv Maka yang terjadi adalah shear fracture, tension yield ϕRn = ϕ [ 0.6 . Anv + Fy . Agt ] = 0.75 [ 0.6 . . + ( . ) ] =



Upper limit ϕRn = ϕ [ 0.6 . Fu . Anv + Ant ] = 0.75 [ 0.6 . . + ( . ) ] = Jadi block shear strength = kN Karena ϕPn > Pu –› kN > kN, batang dapat menahan beban aksial ultimate.



2. Batang Atas ( Cek terhadap Tekan ) a.



Cek kekakuan batang tekan Pada batas atas, panjang batang terbesar (L) adalah = mm Syarat kekakuan batang tekan adalah λ < 240 λx =



KL



λy =



KL



rx rx



L



= rx = L



= rx =



λx dan λy < 240 jadi batang memenuhi persyaratan kekakuan. b.



Mencari nilai λc λc=



KL rx



Fy



√E =



Karena 0.25 < λc < 1.2, maka : KL



= 1.6−(0.67.λ c) =



KL rx



c.



Mencari ƒcr ƒ cr =



d.



𝐹𝑦 w



= = N / mm²



Design Strength ϕPn = [0.85 x ƒcr x Ag] = [0.85 x ƒcr x Ag] = Karena, ϕPn > Pu yaitu kN > kN , batang dapat menahan



bebban aksial ultimate.



3. Batang Vertikal ( Cek terhadap Tarik ) a.



Cek kekuatan batang tarik Pada batang vertikal, panjang btang terbesar (L) adalah = mm Syarata kekakuan batang tarik adalah λ < 240 (untuk batang primer) λx =



KL



λy =



KL



rx rx



L



= rx = L



= rx =



λx > 240 λy < 240 Batang tarik memenuhi persyaratan, oleh karena itu pada sumbu x diberikan lateral support pada jarak 2 m, sehingga menjadi λx =



KL rx



L



= rx =



Batang memenuhi persyaratan.



b.



Yielding Strength Yield Strength yang dihitung merupakan kekuatan dari profil dua siku. ϕPn = (0.85 x ƒy x Ag) = =



c.



An



= ( Ag – Aholes ) = mm² KL



U



=1–(



Ae



= An x U =



rx



)=1-(



KL rx



= mm²



ϕPn = ( x Fu x Ae )



)=



= =



d.



Block Shear Strength Jenis Kegagalan Block Shear dapat terjadi pada member yang memeiliki ketebalan kurang dari member lain pada sambungan. Jika disambung menggunakan gusset plate, maka perlu dilakukan pengecekan ketebalan. Karena 2 tmember > tgusset



plate,



maka



diasumsikan block shear akan terjadi pada gusset plate.



Agt = x = mm² Ant = - x ( x x ) = mm² Agv = x = mm² Anv = - ( x x ) = mm² Fu. Ant = x



x L



= kN



0.6 . Fu . Anv = x x = kN



Fu . Ant < 0.6 . Fu . Anv Maka yang terjadi adalah shear fracture, tension yield ϕRn = ϕ [ 0.6 . Anv + Fy . Agt ] = 0.75 [ 0.6 . . + ( . ) ] =



Upper limit ϕRn = ϕ [ 0.6 . Fu . Anv + Ant ] = 0.75 [ 0.6 . . + ( . ) ] = Jadi block shear strength = kN Karena ϕPn > Pu –› kN > kN, batang dapat menahan beban aksial ultimate.



4.6 Pemeriksaan Baut Baut diasumsikan diperbolehkan untuk terjadi slip dan sama setiap batang, sehingga pemeriksaan baut menggunakan batang dengan beban terbesar sebesar 67,14 kN. Baut diasumsikan bermutu A-307 dan banyaknya baut adalh 3 baut dalam 1 baris. 1.



Shear Strength 



Singgle Shear Strength ϕRn = ( 0.75 x Fv. Abolt ). Banyaknya baut = = kN







Double Shear Strength ϕRn = ( 0.75 x Fv. Abolt ). Banyaknya baut = = kN



2.



Bearing Strength Profil 2x2x/18 



Member (1 siku ) – tmember =



cm



Ujung Member Lc = 3 – ( dh / 2 ) = 3 – ( dh / 2 )



= ϕRn = ϕ . ( 1.2 x Lc x tmember x Fu ) < ϕ . ( 2,4 x db x



tmember x Fu ) = = Yang digunakan = kN



Tengah member Lc = 4 – dh = =



ϕRn = ϕ . ( 1.2 x Lc x tmember x Fu ) < ϕ . ( 2,4 x db x



tmember x Fu ) = =



Total Bearing Strength ϕRn = 1. Ujung + 2 . tengah =. . + . = kN (dua siku)



Profil 2x2x/16 



Member (1 siku ) – tmember =



cm



Ujung Member Lc = 3 – ( dh / 2 ) = 3 – ( dh / 2 )



= ϕRn = ϕ . ( 1.2 x Lc x tmember x Fu ) < ϕ . ( 2,4 x db x



tmember x Fu ) = = Yang digunakan = kN



Tengah member Lc = 4 – dh = = ϕRn = ϕ . ( 1.2 x Lc x tmember x Fu ) < ϕ . ( 2,4 x db x



tmember x Fu ) = =



Yang digunakan = kN



Total Bearing Strength ϕRn = 1. Ujung + 2 . tengah =. . + . = kN (dua siku)



3.



BearingStrength gusset Plate 



Member (1 siku ) – tmember =



cm



Ujung gusset Lc = 3 – ( dh / 2 ) = 3 – ( dh / 2 )



= ϕRn = ϕ . ( 1.2 x Lc x tgussset x Fu ) < ϕ . ( 2,4 x db x tgusset x Fu ) = = Yang digunakan = kN



Tengah member Lc = 4 – dh = = ϕRn = ϕ . ( 1.2 x Lc x tgusset x Fu ) < ϕ . ( 2,4 x db x tgusset x Fu ) = = Yang digunakan = kN



Total Bearing Strength ϕRn = 1. Ujung + 2 . tengah



=. . + . = kN Jadi, kekuatan sambungan dari struktur kuda-kuda adalah sebesar ..... kN. Sementara gaya batang terbesar pada struktur adalah sebesar .... kN. Karena itu, profil baut Cukup kuat untuk di jadikan sambungan dari struktur kuda-kuda.



4.7 Pemeriksaan Lendutan Besar lendutan di tengah bentang kuda-kuda dicari dengan metode virtual work yaitu : 1 x = ∆ = ∑



NxnxL AxE



Dimana : 1



= beban 1 satuan (virtual) yang diletakkan pada titik yang akan Akan dicari besar lendutannya (kg)



∆



= Besar lendutan yang terjadi pada suatu titik (m)



N



= gaya dalam batang akibat gaya luar (kg)



N



= gaya dalam batang akibat beban 1 satuan (kg)



L



= panjang batang (m)



A



= Luas permukaan profil batang ( cm2 )



E



= modulus elastic Profil batang (kg/cm2)



Gaya dalam batang akibat gaya luar yang digunakan adalah gaya dalam yang diambil dari penjumlahan beban mati dan benban hidup, karena 2 beban tersebut diasumsikan yang paling memberikan beban terbesar dan beban yang selalu ada. Sedangkan gaya dalam akibat 1 satuan diletakkan Pada tengah bentang bawah kuda-kuda. Untuk mempermudahkan perhitungan , digunakan tabulasi dari nilai-nilai diatas sehingga diperoleh total masing-masing nilai. Berikut adalah perhitungan dari lendutan.