1

DESAIN SOFTWARE SPACE FRAME

MENGGUNAKAN MERO SISTEM

TERINTEGRASI DENGAN SAP2000 V14.1 Nama Mahasiswa : Rionaldhy Adrian L. NRP : 3107 100 076 Jurusan : Teknik Sipil FTSP ITS Dosen Pembimbing : 1. Bambang Piscesa, ST, MT 2. Ir. Kurdian S, MS ABSTRAK

Space frame adalah salah satu sistem struktural

yang sangat banyak digunakan dalam bidang

konstruksi baja sejak waktu yang lampau. Sistem ini

mempunyai banyak keuntungan, salah satunya

dikarenakan karena space frame sangat ringan. Ini

membuat struktur space frame dapat digunakan dalam

bentang yang panjang

Sambungan adalah salah satu bagian yang sanagt

penting dalam space frame, di mana MERO sistem

termasuk yang banyak digunakan karena sangat mudah

dalam sistem fabrikasi.

Teknologi untuk mendesain sambungan

menggunakan MERO sistem sangat terbatas. Sarjana

teknik yang ingin mendesian ukuran sambungan ball

joint harus menggunakan perhitungan manual. Ini

menjadi masalah bagi desainer yang ingin mendesain

sambungan space frame dikarenakan banyaknya noda

sambungan yang harus didesain.

Tujuan utama dari Tugas akhir ini adalah untuk

mendesain software yang bisa digunakan untuk

mendesain sambungan ball joint menggunakan MERO

system. Semua batang dalam sambungan ini adalah

batang hollow structural section. Verifikasi dari

program ini harus menggunakan perhitungan manual

dikarenakan belum adanya program sejenis yang bisa

digunakan sebagai pembanding. Lebih jauh lagi,

program ini diharapkan bias dikembangkan lebih jauh

lagi, untuk mendesain bentuk struktur yang optimum

san bentuk sambungan lainnya.

Kata Kunci : space frame, sistem MERO,sambungan,

software desain ball joint, hollow structural section

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Space frame adalah sistem struktural berupa elemen linear sehingga gaya yang terjadi dapat diteruskan menjadi elemen tiga dimensi. Secara umum, space frame digunakan sebagai tampilan pada frame elemen plat dan struktur lengkung. Space frame mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan sistem struktural lainnya,antara lain space frame merupakan material yang ringan

sehingga sangat cocok digunakan elemen atap struktur seperti stadion.

Space frame bukanlah merupakan salah satu struktur tipe yang baru. Jauh pada waktu yang lampau, ratusan atau mungkin ribuan publikasi ditulis dan teknologi modern diaplikasikan pada struktur dan juga telah dikembangkan pada banyak tempat. SAP 2000 (Structural Analysis Program) v 14.1 adalah salah satu program canggih yang digunakan sebagai analisis dan desain pada bangunan- bangunan struktural . Penggunaan SAP 2000 v14.1 meliputi banyak elemen struktural seperti jembatan, bangunan pencakar langit dan analisa space frame. Lebih jauh lagi, SAP 2000 v 14.1 juga dapat digunakan untuk menghitung berbagai macam material seperti beton, baja, dan juga termasuk balok komposit.

Walaupun SAP 2000 v14.1 dapat digunakan sebagai analisa berbagai macam bangunan dan material, bukan berarti bahwa SAP 2000 v14.1 dapat melakukan semua desain. SAP 2000 v14.1 mempunyai keterbatasan dalam desain space

frame, termasuk mendesain ball joint. Ball joint adalah salah satu jenis connector yang digunakan dalam struktur space frame. Hal ini membuat seorang perencana, harus mendesain ukuran space

frame dan ball joint secara manual. Untuk mengantisipasi keterbatasan tersebut,

SAP 2000 v14.1 dikembangkan sebagai program yang berbasis API (Advanced Programming

Interface). Dengan basis API, user dapat mengembangkan program SAP 2000 v14.1 sesuai dengan kebutuhan user tersebut. API adalah salah satu penghubung dari SAP 2000 dengan bahasa pemrograman Sehingga, API dapat digunakan untuk meningkatkan kemampuan SAP 2000 v14.1 dalam mendesain dan menganalisa suatu struktur yang tidak disediakan oleh SAP 2000 v14.1. Program ini memerlukan suatu bahasa pemrograman yang digunakan sebagai alat desain dan kalkulasi, seperti Visual Basic.NET.

1.2. Perumusan Masalah

Perumusan masalah yang ingin dicapai dalam tugas akhir “Desain Software Struktur Space Frame menggunakan MERO Sistem Terintegrasi dengan SAP 2000 v 14.1” adalah: 1. Bagaimana untuk mendesain elemen space

frame dan connector ball joint dengan menggunakan MERO sistem.

2. Bagaimana membuat koneksi antara SAP 2000 v 14.1 dengan Visual Basic.NET

2

3. Bagaimana pertanggungjawaban program ini bila dibandingkan dengan penghitungan secara manual.

1.3. Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai pada tugas akhir “Desain Software Struktur Space Frame Menggunakan MERO Sistem Terintegrasi dengan SAP 2000 v 14.1” adalah: 1. Membuat desain space frame yang optimum dan connector ball joint dengan menggunakan MERO sistem 2. Membuat koneksi program antara SAP 2000 v 14.1 dengan Visual Basic.NET 3. Membandingkan hasil perhitungan antara program yang dibuat dengan SAP 2000 v 14.1 dengan perhitungan manual 1.4. Batasan masalah

Dalam tugas akhir “Desain Software Struktur Space Frame Menggunakan MERO Sistem Terintegrasi Dengan SAP 2000 v 14.1” hanya dibatasi pada masalah: 1. Pada studi ini hanya menggunakan SAP

2000 v 14.1 2. Pada studi ini hanya menggunakan program

VisualBasic.NET 3. Metode yang digunakan untuk mendesain

adalah dengan menggunakan MERO sistem

4. Pada studi ini tidak meninjau gaya kabel dan pylon

1.5. Manfaat

Manfaat yang didapat pada tugas akhir “Desain Software Struktur Space Frame Menggunakan MERO Sistem Terintegrasi dengan SAP 2000 v 14.1” adalah: 1. Program ini membantu perencana

bagaimana untuk mendesain dan menganalisa desain space frame secara optimum

2. Memberi informasi kepada pembaca tentang bagaimana cara mendesain sambungan ball

joint menggunakan MERO sistem

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Space Frame

Pembangunan space frame pertama kali dipelopori oleh insinyur Jerman, Schwedler dan Zimmermann pada abad ke- 19. Zimmermann membuat bentang sepanjang 361 ft (108,3 m) pada Exhibition Structures di Lyons pada awal 1894.

Space frame juga dibangun oleh Schwelder di Civic Centre di Charlotte, Carolina Utara, Amerika Serikat setelah Perang Dunia ke 2 dengan panjang bentang 332 ft (99,6 m). Pencapaian tersebut adalah hal yang luar biasa pada waktu itu. Sistem ini dilanjutkan pada 1937, ketika Dr. Mengerinhousen tertarik kepada struktur space

frame. Dia menyadari bahwa penggunaan space

frame dalam skala besar akan menjadi mungkin jika produksi dipindahkan ke pabrik dan dilakukan perakitan di lapangan. Dr. Mengerinhousen mengembangkan studi yang bertujuan untuk mereduksi perakitan dan penemuannya tentang MERO konektor menjadi solusi dalam perakitan yang lebih mudah.

Space frame yang menggunakan noda berbentuk bola pejal dan batang HSS (Hollow

Structural Section) ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Gambar space frame dan

connector

Space frame terdiri dari batang aksial, yang biasa digunakan adalah tube, yang lebih dikenal dengan circular hollow sections atau rectangular

hollow sections, dan sambungan, yang menyambung semua anggota batang. Anggota struktural batang lainnya seperti WF, juga bisa digunakan, terutama jika beban yang didistribusikan ke noda menyebabkan bending pada batang aksial.Ketika beban yang didistribusikan hanya berupa beban aksial, circular hollow sections dan rectangular hollow

sections lebih banyak digunakan karena lebih efisien, memiliki jari- jari girasi yang lebih tinggi untuk area yang sama

3

1.2 Dasar Teori Space Frame

2.2.1. Pembebanan Struktur

Pembebanan yang bekerja pada struktur bangunan terdiri dari beban mati (berat sendiri space frame dan beban mati tambahan), beban hidup (penonton), beban angin dan beban gempa. Untuk kombinasi pembebanan dapat mengacu pada beberapa peraturan seperti RSNI-1727 1989.

Beban – beban yang bekerja secara detail dijabarkan sebagai berikut : 1. Beban Mati

Beban mati yang bekerja pada struktur atap bangunan ini berupa beban yang berasal dari berat sendiri elemen struktur dan beban mati tambahan yang berupa :

- Ball Joint

- Gording Primer dan Sekunder - Mecanical dan electrical - Lampu Spot Light

2. Beban Hidup

Beban hidup yang bekerja pada struktur atap bangunan ini diambil sesuai dengan keadaan ruangan yang digunakan, salah satunya adalah air hujan.

3. Beban angin

Beban angin yang digunakan dalam perencanaan ini menggunakan RSNI-1727 1989. 4. Beban Gempa

Peninjauan beban gempa pada perencanaan struktur bangunan ini ditinjau secara analisa dinamis 3 dimensi. Fungsi response spectrum ditetapkan sesuai peta wilayah gempa sebagaimana ketentuan dalam SNI 1726-2010 serta mempertimbangkan kondisi tanah dilokasi rencana struktur bangunan. Parameter-parameter perhitungan gaya gempa berupa base

shear mengacu pada ketentuan yang telah diatur dalam SNI 1726-2010 dan SNI 2847-2002. Jumlah ragam translasi disesuaikan dengan besarnya eccentricity antara pusat massa terhadap pusat kekakuan ec. Besarnya jumlah ragam translasi (n) yang ditinjau ≥ 3 untuk nilai ec < 0,10 dan untuk struktur lainnya ≥ 5. 5. Beban Temperatur

Beban temperatur yang digunakan diambil dari penentuan ekstrim perubahan suhu malam dan siang di daerah bangunan.

6. Kombinasi Pembebanan

Setelah menentukan besarnya beban- beban yang bekerja pada struktur, selanjutnya dapat digunakan kombinasi pembebanan untuk mendapatkan beban maksimum yang bekerja. Kombinasi pembebanan yang digunakan dapat mengacu dari berbagai peraturan, salah satunya adalah berdasarkan RSNI 1727-1989 pasal 2.3, dapat dilihat sebagai berikut:

- )(4.1 FD - )/(5.0)(6.1)(2.1 RLrHLTFD

- )8.0/()/(6.12.1 WLRLr L - WRLrLD L 6.1)/(5.02.1 - ELD L 0.12.1 - HWD 6.16.19.0 - HED 6.10.19.0 dimana : D = Beban Mati E = Beban Gempa F = Beban akibat cairan dengan tekanan

yang terdefiniskan dan tinggi masimum H = beban akibat tekanan tanah lateral L = Beban Hidup

L = 0.5 bila L< 5 kPa dan L =1 bila L>5 kPa R = Beban hujan W = Beban angin T = Beban temperatur 2.2.2. Ketentuan Umum

2.2.2.1. Lingkup

Spesifikasi ini ditujukan untuk desain HSS bulat yang digunakan digunakan pada sambungan bangunan yang menggunakan HSS (Hollow

Structural Section). HSS yang dipersyaratkan harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: (1) bentuk prismatik struktural; dan (2) produk pipa atau tabung yang memenuhi persyaratan toleransi geometrik, persyaratan tarik dan persyaratan kimia dari standar yang ditetapkan. 2.2.2.2. Material

1. Baja Struktural

Material HSS yang digunakan harus memenuhi salah satu persyaratan sebagai berikut: Spesifikasi standar untuk Pipa, Baja, Black

and Hot Dipped, lapisan zink, Welded and

Seamless. ASTM A53/A53M-99b Gr.B

4

Spesifikasi standar Cold- Formed Welded dan Seamless Carbon Steel Structural

Tubing in Rounds and Shapes, ASTM A500-99

Spesifikasi standar untuk Hot-Formed dan Seamless Carbon Steel Structural Tubing, ASTM A501-99

Spesifikasi standar untuk Hot- Formed

Welded dan Seamless High-Strength Low-

Alloy Structural Tubing, ASTM A501-99 Spesifikasi standar untuk Cold-Formed

Welded dan Seamless High Strength, Low-

Alloy Structural Tubing with Improved

Atmospheric Corrosion Resistance, ASTM A847-99a

2. Desain Ketebalan Dinding

Desain ketebalan dinding t harus digunakan dalam perhitungan dengan melibatkan ketebalan dinding HSS. Ketika ketebalan dinding tidak diketahui, diijinkan untuk diambil 0.93 kali dari ketebalan nominal dinding.

2.2.2.3. Kombinasi Beban Beban nominal dan beban terfaktor yang

ditetapkan pada struktur yang didesain pada kondisi yang telah ditetapkan. Pada persyaratan yang telah ditetapkan, beban dan faktor kombinasi beban termasuk pengaruh dari beban crane. Untuk keperluan desain, beban seperti yang telah ditetapkan harus diambil sebagai beban nominal.

Jika diijinkan dalam persyaratan bangunan, gaya angin yang diterima oleh HSS dapat direduksi dengan faktor fR . fR dapat diambil

sebesar 32fR

untuk HSS bulat.

2.2.3. Persyaratan Desain

2.2.3.1. Luas area efektif

AxUAe (2.2.3.1-1)

a) Untuk sambungan las, A = Ag, di mana

adalah luas area total dengan U = 1 b) Untuk sambungan dengan pelat buhul, A =

An, di mana An adalah luas area total dikurangi dengan luas area yang diganti dengan sambungan

L

xU 1 (2.2.3.1-2)

Pada persamaan di atas, x adalah jarak tegak lurus dari sambungan ke titik centroid dari luas area total.

Untuk HSS yang berbentuk bulat,

Dx (2.2.3.1-3)

di mana: L = panjang sambungan dalam arah pembebanan (mm) D = diameter terluar dari HSS bulat (mm)

2.2.3.2. Local Buckling

1. Klasifikasi Jenis Baja

HSS mempunyai 3 kriteria: kompak, tidak kompak, atau elemen langsing berdasarkan batas rasio kelangsingan λp dan λr pada Tabel 2.1. Untuk klasifikasi HSS yang termasuk kategori kompak, rasio kelangsingan λ harus lebih kecil atau sama dengan λp. Jika λ melebihi λp tetapi kurang atau sama dengan λr, HSS termasuk dalam kategori nonkompak. Jika λ melebihi λr, HSS termasuk dalam bagian kategori langsing. Untuk rasio kelangsingan, λ dapat dihitung dengan persamaan: Untuk HSS berbentuk lingkaran,

t

D

(2.2.3.2-1)

di mana D adalah diameter terluar dan t adalah tebal dinding HSS.

Persamaan ini hanya berlaku untuk HSS berbentuk lingkaran di mana λ kurang dari atau sama dengan yfE /448.0 , dengan E adalah

modulus elastisitas dan yf adalah tegangan leleh minimum baja.

2. Desain dengan Metode Plastis

Desain dengan menggunakan metode plastis diijinkan ketika kurang dari p seperti pada Tabel 2.1.

5

Tabel 2.1 Batas kelangsingan selimut untuk batang tekan

Sumber: LRFD Specification for Steel Hollow

Structural Section, November 2010,2000

2. Batas Rasio Kelangsingan

Untuk batas tekan, rasio kelangsingan rKl / tidak boleh melebihi 200. Untuk batang

tarik, rasio kelangsingan rl / tidak boleh melebihi 300. Untuk batang terkekang pada daerah gempa,

rl / harus memenuhi persyaratan dalam AISC

Seismic Provision for Structural Steel Building (AISC,1997) dan Seismic Provision Supplement

No.2 (AISC.2000).

2.3 Desain Batang

2.3.1 Desain Kekuatan Tarik

Desain dari kekuatan tarik Pn harus lebih kecil dari batas leleh pada luas area total dan area saat retak. (a) Menghitung tegangan leleh

9,0 AgfyPn (2.3.1-1)

(b) Menghitung tegangan putus

75,0 AeFuPn (2.3.1-2)

Ae = Area efektif,in2 (mm2) Ag = luas total dr HSS,in2 (mm2)

yf = tegangan leleh minimum, ksi (MPa)

uf = tegangan putus minimum, ksi (MPa) Pn = tegangan nominal aksial, ksi (MPa)

2.3.2. Desain Kekuatan Tekan

Desain kekuatan pada tekuk lentur pada batang tekan adalah nc P :

85,0c

gcr AFPn (2.3.2-1)

crF dapat ditetapkan sebagai berikut:

(a) Untuk ,5.1Qc

y

QFQFcr c )658.0(

2

(2.3.2-2)

(b) Untuk ,5.1Qc

yFc

Fcr

2

877.0

(2.3.2-3)

di mana:

E

F

r

Klc

y

(2.3.2-4)

Q ditentukan dengan persamaan berikut, seperti Tabel 2.1 (a) Untuk

r 1Q (b) Untuk

r , dengan yFE /448.0 ,

32

)/(0379.0

tDF

EQ

y

(2.3.2-5)

2.4. Sambungan dan Pengencang

2.4.1. Umum

Sambungan adalah bagian yang sangat penting dalam space frame. Penggunaan sambungan yang sesuai adalah bagian yang sangat menentukan kesuksesan desain dan konstruksi. Berbagai macam tipe sambungan tergantung pada tipe sambungan, termasuk baut, las atau sambungan konektor mekanik yang khusus. Berbagai macam tipe sambungan telah dikembangkan, menghasilkan beberapa penemuan tentang berbagai macam sambungan yang sudah lama digunakan. Sistem sambungan pada space frame lebih penting daripada beberapa tipe lain, dikarenakan batang yang disambung akan menjadi sistem sambungan tunggal. Lebih jauh lagi, members

6

yang terletak pada area 3 dimensi yang membuat transfer beban menjadi lebih kompleks. Sampai saat ini,telah ditemukan kurang lebih 250 macam tipe sambungan di seluruh dunia, dan lebih dari 50 perusahaan yang bergerak di bidang sambungan space frame. Sayangnya, banyak dari tipe sambungan ini yang tidak sukses karena terlalu rumitnya sistem sambungan ini. Berbagai macam tipe sambungan yang umum digunakan dapat dilihat pada Tabel 2.2, Tabel 2.3, Tabel 2.4 dan Tabel 2.5. Secara umum, tipe sambungan dapat dibedakan menjadi 3:

a) Dengan noda b) Tanpa noda c) Sistem fabrikasi khusus

(a) Tipe sambungan bola

(b) Tipe sambungan silinder

(c) Menggunakan lempengan

(d) Menggunakan prisma

Tabel 2.2. Tipe sambungan dengan menggunakan noda

Tabel 2.3. Tipe sambungan tanpa noda

Tabel 2.4 Sambungan dengan menggunakan

fabrikasi

Sistem sambungan yang umum digunakan dapat dilihat pada Tabel 2.5:

Tabel 2.5. Sistem sambungan yang umum

digunakan

2.4.2. Konus dan tebal konus

Diameter terluar dari konus dapat diambil seperti rumus 2.4.2-1 3*tnDc

(2.4.2-1)

7

Di mana: n = rasio perbandingan diameter konus dan diameter frame

Tebal dari konus dapat diambil dengan rumus (2.4.2-2)

y

cf

Ptw max

(2.4.2-2) Untuk mempermudah desain tebal

konus,maka tebal konus digunakan sebagai kelipatan 0.1.

2.5 Diameter, Tebal dan Panjang Baut

Diameter baut untuk kombinasi beban aksial untuk ASTM A325 dan ASTM A490 adalah Rn ,

di mana adalah 0.75

bnn AFR

(2.5-1)

Di mana: nR = kekuatan nominal baut (in2)

nF = kekuatan nominal luas per satuan luas (dapat dilihat pada Tabel 2.6)

bA = luasan area berdasarkan kekuatan diameter baut

2

41

DA

(2.5-2)

Daftar spesifikasi tabel diameter baut untuk

ASTM490 dapat dilihat pada tabel 2.7

Tabel 2.6.Kekuatan nominal baut per satuan luas

Tabel 2.7. Ukuran baut dari ASTM325 dan A490

Gambar 2.2. Ukuran baut berdasarkan ASTM 325 dan

ASTM 490

2.6 Diameter dari Ball Joint

MERO conector, diperkenalkan pertama kali oleh Dr. Mengeringhausen, 50 tahun lalu, dan menjadi sangat popular pada bangunan semi permanen dan permanen. Konektor ini terbuat dari noda yang difabrikasi dengan sistem hot-press. Bagian batang dari noda adalah hollow sections dengan ujung cone tajam yang dilas pada sambungan, diakomodasi dengan sambungan baut. Baut yang digunakan dipertebal dengan hexagonal

sleeve and sambungan dowel pin, yang berakhir pada sambungan joint seperti pada Gambar 2.3. Noda ini dapat menyambung lebih dari 18 batang, di mana tidak terdapat eksentrisitas. Pabrikan dapat memproduksi noda dengan ukuran 46.5 to 350 mm,dengan ukuran baut yang berkisar antara M12 sampai dengan M64 dengan gaya maksimum yang diijinkan adalah 1413 kN. MERO conector mempunyai beberapa keunggulan, di antaranya semua member dari space frame melewati satu sambungan, yang mengurangi eksentrisitas beban pada joint. Hal ini membuat beban yang terjadi pada sambungan hanyalah beban aksial. Gaya pada batang juga

8

ditahan oleh baut dan cone pada ujung frame. Bentuk ball joint dapat dilihat seperti Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Sambungan MERO konektor

Diameter ball joint dengan menggunakan MERO sistem dihitung

dengan menggunakan persamaan 2.6.1.

21

22

112 2cot

sinddd

dD

(2.6-1)

Bagaimanapun, untuk memenuhi persyaratan dari sambungan antar frame, diameter harus dipenuhi dengan persamaan (2.6-2)

21

22

112 2cot

sinddd

dD

di mana: D = diameter dari bola baja (mm) = besar sudut terkecil yang dibentuk dari 2 baut (rad)

21 ,dd = diameter dari baut1 dan baut2 (mm) , = ditentukan dari nilai tarik atau kekuatan

tekanan baut

= 1.1 = 1.8 Untuk perhitungan besar sudut antar batang, menggunakan rumus (2.6-3)

22222 2cos

kjicba

ckbjai

(2.6-3)

Di mana: a,b,c = koordinat dari vektor 1 i,j,k = koordinat dari vektor 2 Jika 160 atau 20 , maka D = 2.25* bolt length, dikarenakan sudut yang terlalu kecil, membuat ukuran diameter ball joint menjadi sangat besar. MERO connector pertama kali dikembangkan untuk double layer grid. Sambungan tipe terbaru dari sistem sambungan ini, bernama Mero plus sistem yang dapat digunakan untuk berbagai macam tipe struktur. Hollow tipe persegi atau persegi panjang dapat digunakan untuk berbagai macam tipe sambungan. Sambungan dari bentuk ball joint dapat menyalurkan beban geser,dan menahan torsi

BAB III

METODOLOGI

3.1. Bagan Alir

9

3.2. Algoritma Pemrograman Susunan program secara umum dibuat menurut diagram alir Gambar 3.2

YA

START

Permodelan

Struktur

Pembebanan

Perhitungan Gaya Dalam

Kontrol terhadap gaya

aksial batang (Bab 2.2)

A

TIDAK

A

Desain diameter dan tebal

konus

Desain diameter dan panjang

Baut

Desain Diameter Ball Joint

END

Gambar 3.2 Flowchart analisa perhitungan space

frame

BAB V

STUDI KASUS

Untuk mengetahui kebenaran dan ketelitian program Ball Joint Design, maka diperlukan verifikasi. Dikarenakan belum ada program yang dapat menghitung diameter ball joint, maka verifikasi yang digunakan adalah verifikasi manual.

5.1 Studi Kasus 1

5.1.1. Penggunaan Software

Pada studi kasus yang pertama, akan menggunakan permodelan sederhana dengan tujuan mencari profil yang optimum dan diameter ball joint, termasuk bagian sambungan meliputi diameter konus dan baut. Data- data yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Dimensi alas = 500 cm x 500 cm 2. Tinggi permodelan, 500m 3. Mutu baja , fy = 240 MPa=2400 kg/cm2

fu = 370 Mpa=3700 kg/cm2 4. Mutu Baut

A490 =113 psi 5. Diameter profil,

P1 = 5 cm, tebal dinding 1 cm Diameter conus-profil: 0.5

10

Axial-ultimate ratio:1 6. Nilai Faktor load sebagai berikut:

PD (kN) :10 kg 7. Kombinasi pembebanan yang digunakan:

Comb1 = 1.4 D

Kasus ini akan diselesaikan dengan SAP 2000 terlebih dahulu, untuk mendapatkan gaya- gaya maksimum yang terjadi dan selanjutnya digunakan Ball Joint Design untuk mendesain sambungan. Pada langkah terakhir, akan digunakan verifikasi manual sebagai pembanding.

Langkah – langkah yang dilakukan antara

lain : 1. Input 1 : File > New Model > Grid Only

Masukkan koordinat, Sumbu x = 250 cm dan 500 cm Sumbu y = 250 cm dan 500 cm Sumbu z = 500 cm

Pilih Ok (lihat gambar 5.1)

Gambar 5.1 Input Grid Line untuk kasus 1

2. Input 2: Define > Materials > Add New

Material Masukkan : Strength, ƒy = 240 Mpa =

2400 kg/cm2 Strength, ƒu = 370 Mpa = 3700 kg/cm2

Pilih Ok. (lihat gambar 5.2)

Gambar 5.2 Input Material Property Data

3. Input 3: Define > Section Properties >

Frame Sections > Add new Sections > Pipe

Masukkan : FSEC1:t3=5 cm,tw=1.0 cm Pilih Ok. (lihat gambar 5.3)

Gambar 5.3 Input Section Property Data

4. Input 4: Draw > Draw Frame/Cable/Tendon

Gambar permodelan seperti pada Gambar 5.4

11

Gambar 5.4 Gambar permodelan

5. Input 5: Assign > Joint > Restrain

Menggunakan perletakan sendi seperti pada gambar 5.5

Gambar 5.5 Gambar permodelan dan

perletakan

6. Input 6: Define > Load Pattern Menggunakan beban mati, dengan self

weight multiplier sebesar 1,seperti pada Gambar 5.6

Gambar 5.6 Load Pattern

7. Input 7: Define > Load Combinations Menggunakan kombinasi beban 1.4D,

seperti pada Gambar 5.7

Gambar 5.7 Load Combinations

8. Input 8: Assign > Joint Load Menggunakan beban mati sebesar 100

kg

Gambar 5.8 Joint Forces

9. Input 8: Analyze > Set Analysis Options >

Space Truss Menggunakan Space truss dan me-

restrain DOF (Degree Of Freedom) Ux,Uy dan Uz yang tersedia seperti pada Gambar 5.9

Gambar 5.9 Analysis Options

10. Running program : Analyze > Run analysis

12

Mengaktifkan semua pilihan Case Name, kecuali Modal

Analysis, seperti pada Gambar 5.10

Gambar 5.10 Set Load Cases to Run

11. Display > Show Forces/Stresses >

Frames>Axial Force

Menampilkan gaya aksial tiap frame seperti pada Gambar 5.11

Gambar 5.11 Members Force Diagram

for Frames

12. Setelah mengklik OK, maka akan tampak output seperti pada Gambar 5.12

Gambar 5.12 Gaya aksial frame

13. Buka Ball Joint Design dengan mengklik 2

kali pada ikon Ball Joint Design.exe.

Selanjutnya akan terlihat menu seperti pada Gambar 5.12

Gambar 5.12 Menu utama Ball Joint

Design

14. Input > Axial-capacity ratio

Memasukkan nilai 1 untuk nilai axial-

capacity ratio, seperti pada Gambar 5.13

Gambar 5.13 Nilai axial-capacity ratio

15. Memasukkan input diameter konus, dengan

cara Input >

Conus Diameter ratio, seperti pada Gambar 5.14

Gambar 5.14 Conus-diameter ratio

13

16. Memasukkan input diameter baut yang

hendak dipakai, dengan cara Input > Bolt, seperti pada Gambar 5.15

Gambar 5.15 Mutu Baut menggunakan A490

17. Running program, dengan menampilkan hasil

output untuk diameter profil dan bagian-bagian yang digunakan. Dengan

mengklik Display, sehingga akan tampak seperti pada Gambar 5.15

Gambar 5.15 Display hasil desain ball

joint

5.1.2. Perhitungan manual

1. Data- data output dari SAP 2000 v14.1 Gaya aksial frame 1 dan 2: 0 kg Gaya aksial frame 3 dan 4: 0 kN Gaya aksial frame 5 ,6,7,8: 97.64 kg

2. Perhitungan diameter konus secara manual: Diameter konus 1 sampai 8:

55.05.0 xxtDc cmDc 5.2

Diameter tebal konus

04068333,02400

64.97

fy

PA

)(41 2

12 ddcA

)5.2(14.3410407.0 2

12 dxx

396.21 d Tebal konus yang

digunakan=2

396.25.21 ddc

Tebal konus = 0.0522 cm Tebal konus terkecil (tc) = 0.1 cm

Diameter baut:

0123.07944.6868

64.97

fy

PA cm

2

41

bdA

)(14.3410123.0 2

bdxx

126.0bd cm Diameter baut yang terkecil yang dipakai =1.27 cm

Diameter bola:

Data- data konus : 10Dc cm 1.0tc cm 27.1Db cm

Sudut antara 2 batang(rumus 2.6-3)

22222 2

coskjicba

ckbjai

02.48

21

211

21 )()2cot

sin( ddd

dD

22

1 )27.18.1()27.11.122.48cot27.12.48sin

27.1( xxxD

05.61 D cm

21

21

22 )()cot

sin( dd

dD

222 )27.18.1()2.48cot27.11.1

2.48sin27.18.1

( xxxx

D

14

88.42 D cm Diameter yang dipakai:

05.61 D cm10 cm

5.2. Studi Kasus 2

5.2.1. Penggunaan Software

Langkah – langkah yang dilakukan antara lain :

1. Input 1 : File > Open New Model

Dikarenakan permodelan yang digunakan cukup kompleks, maka untuk pembuatan permodelan seperti ini dapat digunakan permodelan menggunakan Autocad 2010. Menggunakan SAP 2000 cukup rumit dalam penggunaan frame yang rumit seperti pada gambar 5.15

Gambar 5.15 Input Grid Line untuk kasus 2

2. Input 2: Define > Materials > Add New

Material > STEEL Masukkan : Strength, ƒy = 2400 kg/cm2

Strength, ƒu = 3700 kg/cm2 Pilih Ok. (lihat gambar 5.16)

Gambar 5.16 Input Material Property Data

3. Input 3: Define > Section Properties >

Frame Sections > Add new Sections > Pipe

Masukkan : macam-macam profil, seperti pada Gambar 5.17

Pilih Ok. (lihat gambar 5.17) Daftar profil yang digunakan dapat

dilihat pada lampiran1

Gambar 5.17 Input Section Property Data

4. Input 4: Define > Load Pattern Menggunakan beban mati, dan

bermacam- macam beban lainnya seperti pada Gambar 5.18

15

Berbagai macam pembebanan yang digunakan dapat dilihat pada Lampiran 2.

Gambar 5.18 Load Patterns

5. Input 5: Define > Load Combinations Menggunakan kombinasi beban 1,4D,

seperti pada Gambar 5.18

Gambar 5.18 Load Combinations

6. Input 8: Assign > Joint Load

Memasukkan jenis- jenis pembebanan yang digunakan,seperti pada lampiran 3 dan lampiran 4

7. Input 8: Analyze > Set Analysis Options >

Space Truss Menggunakan Space truss dan me-

restrain DOF (Degree Of Freedom) Ux,Uy dan Uz yang tersedia seperti pada Gambar 5.19

Gambar 5.19 Analysis Options

8. Running program : Analyze > Run analysis

Mengaktifkan semua pilihan Case

Name,termasuk Modal

Analysis, seperti pada Gambar 5.20

Gambar 5.20 Set Load Cases to Run

9. Design > Steel Frame design > Start Design

> Check of Structure

Mengecek kekuatan ratio tiap profil dengan hasil seperti pada Gambar 5.21

Gambar 5.21 Start Design/ Check of

Structure

10. Buka Ball Joint Design dengan mengklik 2

kali pada icon Ball Joint Design.exe. Selanjutnya akan terlihat menu seperti pada Gambar 5.22

16

Gambar 5.22 Menu utama Ball Joint

Design

11. Input > Normal-ultimate ratio

Memasukkan nilai 0.7 untuk nilai normal-ultimate ratio, seperti pada Gambar 5.23

Gambar 5.23 Nilai axial-capacity ratio

12. Input > Conus-diameter ratio

Memasukkan nilai 0.5 sebagai perbandingan antara diameter konus dengan diameter frame

13. Input > Bolt

Menggunakan ASTM 490 (Fu=113 psi)

14. Menampilkan hasil output untuk diameter profil dan bagian-bagian yang digunakan. Dengan mengklik Display, sehingga akan tampak seperti pada Gambar 5.23. Hasil iterasi dari profil optimum dapat dilihat seperti pada Gambar 5.22

Gambar 5.23. Output hasil iterasi

space frame

Gambar 5.24 Display output desain space

frame dan ball joint

5.2.2. Perhitungan Manual

Ambil nodal 1 (-0.00007421,-118.75, 3338.686), berikut adalah daftar profil yang ter-connect dengan nodal 1

17

No

Frame

Diameter konus

Tebal konus

Diameter baut

Panjang baut

1 1 5.175 0.3 1.27 0.6875 2 80 2.43 0.2 1.27 0.6875 3 103 5.175 0.3 1.27 0.6875 4 182 2.43 0.1 1.27 0.6875 5 208 3.028 0.1 1.27 0.6875 6 383 2.43 0.1 1.27 0.6875 7 384 2.43 0.1 1.27 0.6875 8 563 2.43 0.1 1.27 0.6875 9 564 2.43 0.1 1.27 0.6875 10 575 2.43 0.1 1.27 0.6875

Tabel 5.1 Tabel profil untuk nodal 1

a) Menghitung Diameter Konus

Berdasarkan rumus (2.4.2-1) 3* tnDc

No Frame ProfilDiameter

profilDiameter

profil konus

1 1 P2-2.8 6.05 3.0252 80 P1.5-2.8 4.86 2.433 103 P2-2.8 6.05 3.0254 182 P1.5-2.8 4.86 2.435 208 P1.5-2.8 4.86 2.436 383 P1.5-2.8 4.86 2.437 384 P1.5-2.8 4.86 2.438 563 P1.5-2.8 4.86 2.439 564 P1.5-2.8 4.86 2.4310 575 P1.5-2.8 4.86 2.43

Tabel 5.2 Tabel diameter konus

b) Diameter baut

Diameter baut dihitung berdasarkan rumus

(2.5-1)

bnn AFR

Untuk frame no.1:

bnn AFR

bA 724175.077.2637

24857.0 cmAb

Rumus (2.5-2)

4857.041 2 D

cmD 786.0

cm27.1

No Frame Profil Pmax fy A Diamater Diameter1 1 P2-2.8 2623.77 7241 0.489660977 0.789792343 1.27

2 80 P1.5-2.8 316.69 7241 0.059102259 0.274389326 1.27

3 103 P2-2.8 2997.54 7241 0.559415789 0.844175088 1.27

4 182 P1.5-2.8 1303.36 7241 0.243239511 0.556650024 1.27

5 208 P1.5-2.8 226.77 7241 0.042320943 0.23218964 1.27

6 383 P1.5-2.8 890.59 7241 0.166206325 0.460138895 1.27

7 384 P1.5-2.8 958.92 7241 0.178958409 0.477464653 1.27

8 563 P1.5-2.8 917.83 7241 0.171289989 0.467122904 1.27

9 564 P1.5-2.8 865.37 7241 0.161499644 0.453576928 1.27

10 575 P1.5-2.8 470.51 7241 0.087808911 0.334452516 1.27 Tabel 5.3 Tabel diameter baut

c) Perhitungan panjang baut No Frame Profil Diameter Panjang baut1 1 P2-2.8 1.27 0.6875

2 80 P1.5-2.8 1.27 0.6875

3 103 P2-2.8 1.27 0.6875

4 182 P1.5-2.8 1.27 0.6875

5 208 P1.5-2.8 1.27 0.6875

6 383 P1.5-2.8 1.27 0.6875

7 384 P1.5-2.8 1.27 0.6875

8 563 P1.5-2.8 1.27 0.6875

9 564 P1.5-2.8 1.27 0.6875

10 575 P1.5-2.8 1.27 0.6875 Tabel 5.4 Tabel panjang baut

d) Perhitungan diameter ball joint

No Frame x1 y1 z1 x2 y2 z2

1 1 -0.00007421 -118.75 3338.686 251.552 -118.75 3335.634

2 80 -0.00007421 -118.75 3338.686 198.305 -286.822 3335.634

3 103 -0.00007421 -118.75 3338.686 -251.552 -118.75 3335.634

4 182 -0.00007421 -118.75 3338.686 -198.305 -286.822 3335.634

5 208 -0.00007421 -118.75 3338.686 -0.00003516 -383.403 3335.635

6 383 -0.00007421 -118.75 3338.686 128.2 -118.75 3533.169

7 384 -0.00007421 -118.75 3338.686 128.186 1.455E-12 3533.19

8 563 -0.00007421 -118.75 3338.686 -128.2 -118.75 3533.169

9 564 -0.00007421 -118.75 3338.686 -128.186 1.455E-12 3533.19

10 575 -0.00007421 -118.75 3338.686 -0.00007404 -253.335 3533.107 Tabel 5.5 Daftar koordinat noda 1

No Frame Δx Δy Δz Resultan

1 1 251.5521 0 -3.052 251.5706

2 80 198.3051 -168.072 -3.052 259.9662

3 103 -251.552 0 -3.052 251.5704

4 182 -198.305 -168.072 -3.052 259.9661

5 208 3.91E-05 -264.653 -3.051 264.6706

6 383 128.2001 0 194.483 232.9354

7 384 128.1861 118.75 194.504 261.4671

8 563 -128.2 0 194.483 232.9353

9 564 -128.186 118.75 194.504 261.467

10 575 1.7E-07 -134.585 194.421 236.4586

Tabel 5.6 Resultan tiap frame

Daftar hasil perhitungan sudut, antara

frame 1 dan frame 80

18

22222 2

coskjicba

ckbjai

9662.2595706.251)052.3)(052.3()072.168)(0()3051.198)(5512.251(cos

85291.65399201.49893cos

28.40

Untuk menghitung diameter ball joint

dapat menggunakan rumus 2.6-1 dan 2.6-2

21

22

112 2cot

sinddd

dD

222

27.18.127.11.12)28.40cot(27.128.40sin

27.1

D

D = 6.661 cm

diameter harus lebih besar daripada

21

22

112 2cot

sinddd

dD

222

27.18.127.11.1228.40cot27.18.128.40sin27.18.1

D

D = 9.31 cm10 cm Daftar hasil perhitungan sudut untuk

noda1

No Frame1 Frame2 Sudut Diameter 1 Diameter2 Diameter 1 1 80 40.300 6.661493713 9.312295467 9.312295467

103 178.700 3.621956949 3.631526696 3.631526696

182 139.766 3.981692572 4.292318037 4.292318037

208 90.038 4.662975151 5.570946766 5.570946766

383 57.332 5.605673601 7.342790982 7.342790982

384 61.268 5.443193581 7.038200093 7.038200093

563 124.150 4.153676598 4.613445905 4.613445905

564 120.011 4.203853866 4.7074688 4.7074688

575 90.617 4.651837472 5.549970991 5.549970991

2 80 1 40.300 6.661493713 9.312295467 9.312295467

103 139.766 3.981692355 4.292317632 4.292317632

182 99.476 4.495220488 5.255069104 5.255069104

208 49.739 5.988846337 8.059490889 8.059490889

383 65.827 5.278093813 6.728298252 6.728298252

384 85.937 4.745368848 5.726120283 5.726120283

563 115.503 4.261255565 4.815161441 4.815161441

564 132.625 4.057343068 4.433318996 4.433318996

575 69.038 5.174147555 6.532991113 6.532991113

3 103 1 178.700 3.621956949 3.631526696 3.631526696

80 139.766 3.981692355 4.292317632 4.292317632

182 40.300 6.661491856 9.312292018 9.312292018

208 90.038 4.662974825 5.570946151 5.570946151

383 124.150 4.153676232 4.613445219 4.613445219

384 120.011 4.20385351 4.707468132 4.707468132

563 57.332 5.605672242 7.342788434 7.342788434

564 61.268 5.443192468 7.038198006 7.038198006

575 90.617 4.651837464 5.549970976 5.549970976

4 182 1 139.766 3.981692572 4.292318037 4.292318037

80 99.476 4.495220488 5.255069104 5.255069104

103 40.300 6.661491856 9.312292018 9.312292018

208 49.739 5.988846583 8.059491348 8.059491348

383 115.503 4.261255392 4.815161116 4.815161116

384 132.625 4.057342848 4.433318585 4.433318585

563 65.827 5.278092796 6.728296342 6.728296342

564 85.937 4.745368053 5.726118785 5.726118785

575 69.038 5.17414785 6.532991667 6.532991667

5 208 1 90.038 4.662975151 5.570946766 5.570946766

80 49.739 5.988846337 8.059490889 8.059490889

103 90.038 4.662974825 5.570946151 5.570946151

182 49.739 5.988846583 8.059491348 8.059491348

383 90.597 4.652221387 5.550694023 5.550694023

384 117.622 4.233890276 4.763804821 4.763804821

563 90.597 4.652221206 5.550693681 5.550693681

564 117.622 4.233890051 4.763804398 4.763804398

575 55.997 5.66576939 7.455346562 7.455346562 6 383 1 57.332 5.605673601 7.342790982 7.342790982

80 65.827 5.278093813 6.728298252 6.728298252

103 124.150 4.153676232 4.613445219 4.613445219

182 115.503 4.261255392 4.815161116 4.815161116

208 90.597 4.652221387 5.550694023 5.550694023

384 27.025 8.398702682 9.522127524 9.522127524

563 66.818 5.245007402 6.666146987 6.666146987

564 69.470 5.16083538 6.507968401 6.507968401

575 46.671 6.178067099 8.412583926 8.412583926

7 384 1 61.268 5.443193581 7.038200093 7.038200093

80 85.937 4.745368848 5.726120283 5.726120283

103 120.011 4.20385351 4.707468132 4.707468132

182 132.625 4.057342848 4.433318585 4.433318585

208 117.622 4.233890276 4.763804821 4.763804821

383 27.025 8.398702682 9.522127524 9.522127524

563 69.470 5.160835428 6.50796849 6.50796849

564 58.745 5.544955065 7.229012694 7.229012694

575 69.355 5.164353868 6.514582269 6.514582269

8 563 1 124.150 4.153676598 4.613445905 4.613445905

80 115.503 4.261255565 4.815161441 4.815161441

103 57.332 5.605672242 7.342788434 7.342788434

182 65.827 5.278092796 6.728296342 6.728296342

208 90.597 4.652221206 5.550693681 5.550693681

383 108.346 4.359264026 4.999291109 4.999291109

384 69.470 5.160835428 6.50796849 6.50796849

564 27.025 8.398701093 9.522124601 9.522124601

575 46.671 6.178068341 8.412586241 8.412586241

9 564 1 120.011 4.203853866 4.7074688 4.7074688

80 132.625 4.057343068 4.433318996 4.433318996

103 61.268 5.443192468 7.038198006 7.038198006

182 85.937 4.745368053 5.726118785 5.726118785

208 117.622 4.233890051 4.763804398 4.763804398

383 69.470 5.16083538 6.507968401 6.507968401

384 58.745 5.544955065 7.229012694 7.229012694

563 27.025 8.398701093 9.522124601 8.398701093

575 69.355 5.164354051 6.514582615 6.514582615

10 575 1 90.617 4.651837472 5.549970991 5.549970991

80 69.038 5.174147555 6.532991113 6.532991113

103 90.617 4.651837464 5.549970976 5.549970976

182 69.038 5.17414785 6.532991667 6.532991667

208 55.997 5.66576939 7.455346562 7.455346562

383 46.671 6.178067099 8.412583926 8.412583926

384 69.355 5.164353868 6.514582269 6.514582269

563 46.671 6.178068341 8.412586241 8.412586241

564 69.355 5.164354051 6.514582615 6.514582615

MAX 9.522127524

19

BAB VI

PENUTUP

6.1 Kesimpulan

Setelah membandingkan hasil perhitungan dari program Ball Joint Design dengan perhitungan manual dalam beberapa kasus, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Dari beberapa contoh studi kasus yang telah

dianalisa pada bab sebelumnya, maka didapatkan hasil desain pada bagian- bagian sambungan dengan hasil perhitungan manual adalah sama. Hal ini dikarenakan pembulatan interval yang digunakan untuk tiap- tiap bagian sambungan dengan perbandingan hitungan manual.

2. Pada desain space frame telah dihasilkan profil –profil optimum dari profil- profil yang tersedia.

3. Desain sambungan ball joint yang dihasilkan cukup kecil, sehingga dapat mengurangi berat sendiri sambungan. Desain ball joint akan menjadi semakin besar bila nilai axial-

capacity ratio semakin kecil. 6.2 Saran

Setelah melakukan perencanaan desain ball joint dengan menggunakan program Ball Joint

Design di atas maka penulis memberikan beberapa saran antara lain : 1. Perlu digunakan metode iterasi dalam

mendapatkan profil yang optimum. Dengan profil yang didesain awal, profil tersebut belum tentu kuat dan optimum. Dengan metode iterasi, maka akan digunakan profil yang tersedia yang mendekati optimum.

2. Perlu dikembangkan software sejenis yang mampu mendesain bentuk space frame yang lebih optimum, beserta profil-nya.

DAFTAR PUSTAKA 1. AISC, Load and Resistance Factor Design

Specification for Steel Hollow Structural

Section, American Institute of Steel Conctruction Ltd.,2000

2. Gosnel,Densill,Beginning Visual

Basic.NET Database

Programming,Wrox Press Ltd:2002 3. Chen,Wai Fah,Handbook of Structural

Engineering,CRC Press:2004. 4. American Institute of Civil

Engineering,,2000.Load and Resistance

Factor Design Specification for Steel

Hollow Structural Section, American Institute of Steel Conctruction Ltd.

5. Ramaswamy,G.S.,Eekhout,M.,Suresh,G.R.2002. Analysis, Design and Construction of

Steel Space Frame. London: Thomas Telford.