Ir. Torang Sitorus , MT - USU-IR
advertisement
PERBANDINGAN DESAIN BRIDGE BEAM PADA HOIST CRANE DENGAN DOUBLE-IWF, BOX-GIRDER DAN RANGKA BAJA (Studi ANALISIS) TUGAS AKHIR Disusun Oleh : Danan Anwa Salim 12 0404 040 Dosen Pembimbing : Ir. Torang Sitorus , MT BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015 Universitas Sumatera Utara ABSTRAK Dengan kondisi Indonesia yang semakin maju, maka terdapat berbagai proyek pembangunan, terutama pada pembangunan industri. pembangunan industri selalu menggunakan alat bantu crane untuk memindahkan barang yang berat dari satu tempat ke tempat lainnya . Penggunaan crane dipilih karena jika ditinjau dari segi keamanan, ekonomis, praktis serta keselamatan crane lebih unggul jika dibandingkan dengan sekian banyak alat angkat untuk memindahkan barang yang sangat berat. Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisa beban perencanaan dalam suatu bridge beam pada hoist crane, lalu direncanakan profil dari baja yang seekonomis mungkin untuk digunakan. Sehingga mendapatkan nilai bobot perencanaan yang efektif untuk digunakan dalam suatu proyek. didalam tugas akhir ini, desain bridge beam yang digunakan ada 3 model,yaitu: double- IWF, double Box-girder dan rangka baja. Ketiga model ini akan ditinjau pada bentang 20 meter dan 30 meter dengan bobot crane 10 ton. Pada desain rangka baja digunakan bantuan program SAP 2000. Dari hasil analitis pada bentang 30 meter rangka baja lebih ringan 30,36% dari desain profil IWF dan lebih ringan 36,92% dari desain profil box-girder. Pada bentang 20 meter rangka baja lebih ringan 24,41% dari desain profil IWF dan lebih ringan 33,66% dari desain profil boxgirder. Desain rangka baja memiliki bobot paling ringan dalam perencanaan bridge beam pada hoist crane dibandingkan desain double IWF maupun double box-girder. Kata kunci : Hoist Crane, Beam, Profil I-WF, Profil Box-girder, Rangka Baja. i Universitas Sumatera Utara ABSTRACT With the condition of Indonesia is more advanced, then there are various development projects, especially in industrial construction. industrial construction crane will always be used to move heavy items from one place to another. The use of cranes have have been chosed if the terms of the security, economical, practical and safety of the crane is superior when compared to many of lifting equipment to move heavy items. The purpose of this study was to analyze the burden of planning in a bridge beam of the hoist crane, and then planned the profile of the steel as economical as possible to use. Thus gaining weight value effective planning to use in a project. In this thesis, the design of the bridge beam there are only 3 models, such as : double- IWF, double Box-girder and steel frame. All three models will be reviewed on a span of 20 meters and 30 meters with a weight of 10 ton crane. On the design of steel frames used SAP 2000 program assistance. From the analytical results on 30 meter span steel frame is lighter 30.36% of the IWF profile design and lighter 36.92% of the box-girder profile design. In the 20 meter span steel frame is lighter 24.41% of the IWF profile design and lighter 33.66% of the box-girder profile design. The bridge beam of Steel frame design has the lightest weight. Keywords: Hoist Crane, Beam, I-WF Profile, Box-girder Profile, steel frame. ii Universitas Sumatera Utara KATA PENGANTAR Puji dan syukur peneliti panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa, atas rahmat dan berkat-Nya peneliti dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Perbandingan Desain Bridge Beam pada Hoist Crane dengan Double–IWF, Double Box-girder dan Rangka Baja”. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih memiliki banyak kekurangan. Hal ini disebabkan keterbatasan pengetahuan dan kurangnya pemahaman penulis. Dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis menerima saran kritik Bapak dan Ibu dosen serta rekan mahasiswa demi penyempurnaan tugas akhir ini. Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan bantuan, bimbingan, arahan dan dukungan yang berharga dari berbagai pihak. Untuk semua itu, peneliti menyampaikan pernghargaan yang setinggi-tingginya dan ucapan terima kasih yang tulus kepada : 1. Bapak Ir. Torang Sitorus, M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah sabar memberi bimbingan, arahan, saran serta motivasi kepada peneliti untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir. Syahrizal, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir. Sanci Barus, MT. selaku Koordinator Bidang Studi Struktur Departemen Teknik Sipil 5. Kedua Orang Tua penulis, Antoni salim dan Berwani Ngardjo yang telah mendukung, menyemangati serta mendoakan penulis di setiap kegiatan akademis penulis 6. Kedua saudara penulis Chealsie Anwa Salim dan Edo Anwa Salim yang terus memotivasi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir. 7. Pegawai administrasi dan pegawai-pegawai Departemen Teknik Sipil USU lainnya yang bersedia membantu mengurus administrasi tugas akhir ini.. 8. Seluruh Angkatan 2011 Departemen Teknik Sipil USU, khususnya Hendrik Wijaya, Windy, Ivandy Yoman, dan Eric Winson. iii Universitas Sumatera Utara 9. Seluruh Angkatan 2012 Departemen Teknik Sipil USU, yang selalu memberikan semangat, masukan dan saran untuk menyelesaikan tugas akhir ini 10. Abang dan Kakak senior angkatan 2009, 2010 serta adik-adik junior yang memberikan dukungan, tenaga dan semangat yang luar biasa. 11. Seluruh pihak yang telah mendukung dan membantu peneliti dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Peneliti menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, peneliti sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan-rekan mahasiswa demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata peneliti mengucapkan banyak terima kasih. Peneliti berharap semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca. Medan, Juni 2016 Danan Anwa Salim 12 0404 040 iv Universitas Sumatera Utara DAFTAR ISI ABSTRAK ……………………………………………………………………………..... i KATA PENGANTAR …………………………………………………………………. iii DAFTAR ISI …………………………………………………………………………….. v DAFTAR TABEL ………………………………………………………………………. ix DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………………… x DAFTAR NOTASI ……………………………………………………………………… xii BAB I PENDAHULUAN ……………………………………………………………… 1 1.1. Latar Belakang …………………………………………………………... 1 1.2. Maksud dan Tujuan……………………………………………………… 4 1.3. Pembatasan Masalah………………………………………………………. 5 1.4. Metode Penelitian ...………………………………………………………. 6 1.5. Sistematika Pembahasan………………………………………………...... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ………………………………………………………... 7 2.1. Tinjauan Pustaka………………………………………………………...… 7 2.1.1. Perencanaan Konstruksi……………………………………………… 7 2.1.2. Prosedur Perencanaan……………………………………………….. 8 2.1.3. Sifat Baja sebagai Material Konstruksi……………………………… 9 2.1.3.1. Kekuatan Tinggi……………………………………………10 2.1.3.2. Permanen………………………………………………….. 10 2.1.3.3. Elastisitas………………………………………………….. 11 2.1.3.4. Daktalitas………………………………………………… 11 2.1.3.5. Keseragaman..……………………………………………. 12 2.1.4. Kelebihan dan Kelemahan Baja sebagai Material Konstruksi.…….. 12 2.1.5. Diagram Tegangan – Regangan …………………………………….. 13 2.1.6. Sifat-sifat Mekanis Baja Struktural……………………………….. 14 2.1.6.1. Tegangan Putus (ultimate stress) …..………………………15 2.1.6.2. Tegangan leleh (yielding stress) …………………….…….. 15 2.1.6.3. Sifat-sifat Mekanis Lainnya……………………………….. 16 2.1.7. Baja Sturktural yang Umum Digunakan…………………………......19 v Universitas Sumatera Utara 2.1.7.1. Profil Baja Wide Flange (WF)………………….. …………20 2.1.7.2. Profil Baja berbentuk persegi atau persegi panjang (BoxGirder)……………………………………....…………….. 20 2.1.7.3. Profil Baja Kanal C (CNP).……………………………….. 21 2.1.7.4. Profil Baja T (tee)………………………………………… 23 2.2. Metode Perencanaan Konstruksi Baja..…………………………………… 24 2.2.1 Metode ASD (Allowable Stress Design)………………………...… 24 2.2.2 Metode LRFD (Load Resistance Factor Design).…………...…….. 25 2.3. Perencanaan Struktur Baja...…………………………………………........ 26 2.3.1. Rasio Lebar-Tebal dan Klasifikasinya…………………………….…27 2.3.2. Perencanaan Balok Lentur..……………………….. ……………….. 28 2.3.3. Pengaruh Tekuk Lateral dengan Perbedaan Lokasi Pembebanan …...32 2.3.4. Perencanaan Batang Tekan..………………………………………… 33 2.3.5. Perencanaan Batang Tarik....………………………………………… 35 BAB III METODE PENELITIAN …………………………………………………… 36 3.1. Pendahuluan…. …………………………………………………………. 36 3.2. Data Desain…. …………………………………………………………. 38 3.2.1. Perencanaan Umum……………………………………………….. 38 3.2.2. Beban-Beban yang Bekerja……………………………………….. 38 3.2.2.1. Beban Mati…………………………………………….. 39 3.2.2.2. Beban Hidup……………………………………………. 40 3.3. 3.2.3. Kombinasi Pembebanan………………………………………….. 46 3.2.4. Kombinasi Pembebanan Pada Crane………………….………….. 47 3.2.4.1. Gaya Impak Vertikal…….…………………………….. 47 3.2.4.2. Gaya Lateral……………………………………………. 48 Perhitungan Manual Menggunakan Parameter SNI 1729-2015 dan Peraturan yang Berkaitan………………………………………………………….. 48 3.3.1. Detail Perencanaan……………………………………………….. 48 3.3.2. Batas-batas Lendutan………………………………….………….. 48 3.3.3. Kuat Lentur Nominal Penampang………………….…………….. 49 vi Universitas Sumatera Utara 3.3.3.1. Kuat Nominal pada Komponen Struktur I kompak…….………………………………………….. 49 3.3.3.2. Kuat Nominal pada Komponen Struktur berbentuk persegi atau Persegi Panjang………………….………………. 51 3.3.4. Faktor Kelangsingan…………….………………….…………….. 52 3.3.4.1. Faktor kelangsingan memikul tekan aksial……………. 52 3.3.4.2. Faktor kelangsingan memikul Lentur…………………. 54 3.3.5. Perencanaan Batang Tekan…. …………………………….………. 56 3.3.6. Perencanaan Batang Tarik…. …………………………….………. 57 BAB IV PERENCANAAN STRUKTUR…………………………………………….. .. 62 4.1. Geometri Struktur………………………………………………………. 62 4.2. Data Material…. …………………………………………………………. 62 4.3. Pembebanan……………………………………………………………….. 62 4.4. Proses Perhitungan ………………………………………………………… 63 4.4.1. Profil IWF dan Profil Box-girder…………………………………….63 4.4.2. Rangka Baja…………………………………………………………..64 4.5. Perencanaan Balok Hoist Crane Bentang 30 meter…. ……..……………. 65 4.5.1. Perencanaan Balok IWF Built-up………………….……………… 65 4.5.2. Perencanaan Balok Box-Girder Built-up………………………….. 70 4.5.3. Perencanaan Balok Rangka Baja…………………………………. 74 4.5.3.1. Pemodelan SAP…….………………………………….. 74 4.5.3.2. Penomoran Frame………………………………………. 75 4.5.3.3. Model Pembebanan Crane pada Balok…….……….….. 75 4.5.3.4. Hasil Analisa Struktur…………………………………. 77 4.5.3.5. Perencanaan Batang Atas……………………………….. 77 4.5.3.6. Perencanaan Batang Diagonal………………………….. 78 4.5.3.7. Perencanaan Batang Tengah…………………………….. 80 4.5.3.8. Perencanaan Batang Bawah..………………………….. 81 4.5.3.9. Kontrol terhadap Lendutan……………………………… 82 4.6. Perencanaan Balok Hoist Crane Bentang 20 meter…. ……..……………. 83 4.6.1. Perencanaan Balok IWF Built-up………………….……………… 83 vii Universitas Sumatera Utara 4.6.2. Perencanaan Balok Box-Girder Built-up………………………….. 88 4.6.3. Perencanaan Balok Rangka Baja…………………………………. 92 4.6.3.1. Pemodelan SAP…….………………………………….. 92 4.6.3.2. Penomoran Frame………………………………………. 93 4.6.3.3. Model Pembebanan Crane pada Balok…….……….….. 93 4.6.3.4. Hasil Analisa Struktur…………………………………. 95 4.6.3.5. Perencanaan Batang Atas……………………………….. 95 4.6.3.6. Perencanaan Batang Diagonal………………………….. 96 4.6.3.7. Perencanaan Batang Tengah…………………………….. 98 4.6.3.8. Perencanaan Batang Bawah..………………………….. 99 4.6.3.9. Kontrol terhadap Lendutan……………………………… 100 Hasil dan Pembahasan………………………………. ……..…………. 101 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………………………………………….. .. 103 4.6. 5.1. Kesimpulan…….………………………………………………………… 103 5.2. Saran…………. …………………………………………………………. 103 DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………………………. xv viii Universitas Sumatera Utara DAFTAR TABEL BAB I Tidak terdapat tabel BAB II Tabel 2-1 Sifat Mekanis Baja Struktural …………………………………………….. 14 Tabel 2-2 Nilai Koefisien Muai Logam …………………………………………….. 17 Tabel 2-3 faktor tahanan Ø ………………………………………………………….. 23 BAB III Tabel 3-1 Berat jenis konstruksi …….…………………………………………….. Tabel 3-2 Beban hidup menurut kegunaan ………………………………………….. 36 Tabel 3-3 gaya impak tambahan …………………………………………………….. 42 Tabel 3-4 Batas Lendutan Maksimum……………………………………………….. 43 Tabel 3-5 Faktor Kelangsingan Terhadap Tekan Aksial…………………………….. 47 Tabel 3-6 Faktor Kelangsingan Terhadap Lentur……..…………………………….. 49 Tabel 3-7 Faktor Shear Lag………………………………………………………….. 53 35 BAB IV Tidak terdapat tabel BAB V Tidak terdapat tabel ix Universitas Sumatera Utara DAFTAR GAMBAR BAB I Gambar 1.1 Hoist Crane………………………………... …………………….......... 2 Gambar 1.2 Profil IWF…………………………………….………… …………… 3 Gambar 1.3 Profil Box Girder……………………………….. ……………………. 3 Gambar 1.4 Rangka Baja….……………………………………………………….. 4 Gambar 1.5 Pemodelan Rangka Baja dengan Bentang 20 meter dan 30 meter….. 5 BAB II Gambar 2.1 Batang yang Diberikan Beban Aksial dan Grafik Hubungan Antara Beban yang Diberikan dengan Perpendekan yang Terjadi ……………………… 13 Gambar 2.2 Gambar Hubungan Tegangan – Regangan Baja …………………………. 13 Gambar 2.3 Hubungan Modulus Elastisitas dengan Tegangan – Regangan…………… 15 Gambar 2.4 Standar Tipe Penampang Profil Baja ………………………………..…… 18 Gambar 2.5 Penampang I- WF Built Up ………….……………………………………. 18 Gambar 2.6 Penampang Box girder Built Up …..…………………………………….. 19 Gambar 2.7 Bentuk Penampang Profil C dengan dan Tanpa Perkuatan …..………… 20 Gambar 2.8 Nilai DPN pada Cold Forming Profil C ………………………………… 20 Gambar 2.9 Profil I yang Dibelah Menjadi 2………………………………………….. 21 Gambar 2.10 Perilaku Penampang berdasarkan Klasifikasi ………………………… 25 Gambar 2.11 Efek Lokasi Pembebanan …………….………………………………… 27 Gambar 2.12 Pertambatan Lateral (πΏπ )………………………………………………… 28 Kondisi Batas Balok Lentur …………………………………………. 28 Gambar 2.14 Efek Lokasi Pembebanan ……………………………………………... 29 Gambar 2.13 Gambar 2.15 nilai C2……………………………………………………………….…… 29 Gambar 2.16 Kolom Terminal Cengkareng …………………………………………… 30 Gambar 2.17 Kurva Tekuk Elastis dan Tekuk Inelastis ………..………………….…… 30 Gambar 2.18 Atap Wembley Stadion ………………………..………………….…… 31 BAB III Gambar 3.1 Perencanaan Bridge Beam menggunakan Double IWF …………………. 32 x Universitas Sumatera Utara Gambar 3.2 Perencanaan Bridge Beam menggunakan Box Girder ………………….... 32 Gambar 3.3 Perencanaan Bridge Beam menggunakan Rangka Baja …………………. 33 Gambar 3.4 Perencanaan Dimensi Bangunan ……………………..…………………. 34 Gambar 4.1 Pemodelan Bentang 30 meter ………………………………………… 67 Gambar 4.2 Jenis Batang ………………………………………………………… … 67 Gambar 4.3 Pembebanan Crane-1 pada Pinggir Bentang …………………………… 68 Gambar 4.4 Pembebanan Crane-2 pada Tengah Bentang …………………………… 68 Gambar 4.5 Pembebanan Crane-3 pada Tengah Bentang Daerah Tengah Frame…… 69 Gambar 4.6 Pemodelan Bentang 20 meter ………………………………………… 82 Gambar 4.7 Jenis Batang ………………………………………………………… … 83 Gambar 4.8 Pembebanan Crane-1 pada Pinggir Bentang …………………………… 83 Gambar 4.9 Pembebanan Crane-2 pada Tengah Bentang …………………………… 84 Gambar 4.10 Pembebanan Crane-3 pada Tengah Bentang Daerah Tengah Frame…… BAB IV 84 BAB V Tidak terdapat gambar xi Universitas Sumatera Utara DAFTAR NOTASI A Luas penampang Ae Luas neto efektif Ag Luas bruto dari komponen struktur α koefisien pemuaian π Tegangan Terjadi π′ Tegangan Izin β Lendutan B Lebar profil be Lebar efektif Cb Koefisien pengali momen tekuk torsi lateral Cw Konstanta wraping DL Beban mati E modulus elastisitas E beban gempa π regangan aksial Fe Tegangan tekuk kritis elastis Fu Kekuatan tarik minimum yang diisyaratkan Fy Tegangan leleh minimum yang diisyaratkan G Modulus geser. xii Universitas Sumatera Utara H beban hujan, tidak termasuk yang diakibatkan genangan air H Tinggi profil Ix Inersia sumbu x Iy Inersia Sumbu y J Konstanta torsi πΎ regangan geser γbaja Massa jenis baja L Panjang bentang πΏπ Panjang bentang antara 2 pengekang yang berdekatan LR beban hidup di atap Mmax Momen maksimum pada bentang yang ditinjau. MA Momen pada ¼ bentang. MB Momen pada ½ bentang. MC Momen pada ¾ bentang ππ’π₯ Momen lentur terfaktor arah sumbu x ππ’π¦ Momen lentur terfaktor arah sumbu y πππ¦ Kuat nominal dari momen lentur memotong arah y πππ₯ Kuat nominal dari momen lentur penampang Ø Faktor reduksi (tahanan) xiii Universitas Sumatera Utara ππ’ π‘ππππ Kuat tekan nominal ππ’ π‘ππππ Kuat tarik nominal q beban sendiri R beban hujan Ru Kuat perlu π π Kuat rencana ππ¦ Jari-jari girasi terhadap sumbu tengah S beban salju Se Modulus penampang efektif Sx Modulus elastisitas penampang sumbu x Sy Modulus elastisitas penampang sumbu y tw tebal pelat badan tf tebal pelat sayap U Faktor shear lag W beban angin Zx Modulus plastis penampang sumbu x Zy Modulus plastis penampang sumbu x π tegangan aksial π tegangan geser Ω Safety Factor xiv Universitas Sumatera Utara
