Analisis Struktural Dan Estimasi Kuantitas Baja Untuk Rangka Baja-Lantai Lima

Di bawah ini adalah analisis struktur dan estimasi tonase baja untuk struktur rangka baja lima lantai yang dijelaskan

---

 

 

 

Untuk melakukan analisis beban yang bermakna, asumsi-asumsi yang masuk akal berikut ini diadopsi (umumnya untuk struktur pendukung industri ringan atau utilitas):

Beban mati lantai (DL): 1,0 kN/m²
(Termasuk penghiasan, penyelesaian akhir, mekanik/listrik jika ada, dan-berat sendiri komponen sekunder-berat sendiri-balok primer akan ditambahkan secara terpisah.)

Beban hidup (LL): 2,0 kN/m²
(Khas untuk penyimpanan ringan atau akses pemeliharaan; sesuaikan jika penggunaan berbeda dimaksudkan.)

Beban mati atap: 0,8 kN/m²

Beban hidup atap/beban salju: 1,0 kN/m²

Beban angin: Tidak didistribusikan per lantai di sini; resistensi lateral ditangani dengan bracing (dianalisis secara terpisah).

 

Geometri teluk:

Setiap bingkai melintang adalahlebar 1,6 m.

Jarak memanjang antar bingkai: 5 ruang → [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m].

Jadi, setiap "panel lantai" yang ditopang oleh balok utama mempunyai luas =1,6 m × lebar rongga.

Balok utama (W10×22)berlarisecara membujur, menghubungkan 6 bingkai melintang di setiap tingkat. Oleh karena itu, setiap balok menopang setengah lebar anak sungai dari teluk yang berdekatan-tetapi karena strukturnya sajalebar keseluruhan 1,6 m, ada yang efektifdua balok tepimenopang seluruh lebar 1,6 m (atau satu balok tengah dengan kantilever). Untuk mempermudah, kami berasumsidua balok memanjang, masing-masing membawaLebar anak sungai 0,8 m.

Namun mengingat lebarnya yang sempit (1,6 m), maka lebih praktis untuk memodelkan sistem lantai sebagaisatu stripdi mana dua balok memanjang W10×22 bertindak sebagaibalok tepimendukung platform selebar 1,6 m.

Dengan demikian,luas anak sungai per balok per teluk = 0,8 m × panjang rongga.

Tapi untukperhitungan beban kolom, kami mempertimbangkanbeban total per rangka melintang.

---

 

Setiap rangka melintang (pada posisi memanjang tertentu) menopang:

Separuh luas teluk di sebelah kirinya + separuh luas di sebelah kanannya.

Untuk rangka interior (Bingkai 2–5):

Panjang anak sungai=(teluk kiri + teluk kanan) / 2

Untuk frame akhir (Frame 1 dan Frame 6):

Panjang anak sungai=teluk yang berdekatan / 2

Bingkai #	Teluk Kiri (m)	Teluk Kanan (m)	Panjang Anak Sungai (m)	Luas Anak Sungai per Lantai (m²)=1.6 × Lₜ
1	–	5.6	2.8	4.48
2	5.6	5.6	5.6	8.96
3	5.6	2.8	4.2	6.72
4	2.8	5.6	4.2	6.72
5	5.6	5.6	5.6	8.96
6	5.6	–	2.8	4.48

Catatan: Luas total=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
Luas bidang penuh=1.6 m × 25,2 m =40.32 m²→ ✔️ Konsisten.

---

 

 

Beban Mati (DL)= 1.0 kN/m²

Beban Langsung (LL)= 2.0 kN/m²

Total beban yang tidak difaktorkan= 3.0 kN/m²

Bingkai #	Luas (m²)	DL (kN)	LL (kN)	Total Beban per Lantai (kN)
1,6	4.48	4.48	8.96	13.44
2,5	8.96	8.96	17.92	26.88
3,4	6.72	6.72	13.44	20.16

Selain itu,-berat balok utama sendiriharus dimasukkan dalam beban kolom.

W10×22 berat=32.7 kg/m=0.321 kN/m

Setiap frame terhubung kedua segmen balok(kiri dan kanan)

Panjang segmen balok=panjang rongga sebenarnya

Contoh untuk Bingkai 3:

Teluk kiri=5.6 m → berat balok=0.321 × 5.6=1.80 kN

Teluk kanan=2.8 m → berat balok=0.321 × 2.8=0.90 kN

Total berat anak sungai-berat balok ke Bingkai 3 ≈(1.80 + 0.90)/2?→ Sebenarnya,berat balok ditopang penuh oleh kolom pada ujung-ujungnya, jadi setiap kolom pada bingkai membawasetengah dari berat masing-masing balok yang berdekatan.

Dengan demikian,tambahan beban vertikal dari balok per rangka per lantai:=0.5 × (ruang kiri + ruang kanan) × 0,321 kN/m

Hitung untuk setiap frame:

Bingkai	Teluk yang Berdekatan (m)	Total Panjang Berdekatan (m)	Balok Mandiri-Berat (kN)
1	[5.6]	5.6	0.5 × 5.6 × 0.321 = 0.90
2	[5.6, 5.6]	11.2	0.5 × 11.2 × 0.321 = 1.80
3	[5.6, 2.8]	8.4	0.5 × 8.4 × 0.321 = 1.35
4	[2.8, 5.6]	8.4	1.35
5	[5.6, 5.6]	11.2	1.80
6	[5.6]	5.6	0.90

Tambahkan ini ke total sebelumnya:

 

Total beban vertikal per rangka per lantai tipikal (Tingkat 1–4):

Bingkai	Beban Luas (kN)	+ Berat Balok (kN)	Total per Lantai (kN)
1,6	13.44	0.90	14.34
2,5	26.88	1.80	28.68
3,4	20.16	1.35	21.51

---

 

 

Atap DL=0.8 kN/m²

Atap LL=1.0 kN/m²

Jumlahnya=1.8 kN/m²

Beban atap-berdasarkan luas per rangka:

Bingkai	Luas (m²)	Atap DL (kN)	Atap LL (kN)	Subtotal (kN)
1,6	4.48	3.58	4.48	8.06
2,5	8.96	7.17	8.96	16.13
3,4	6.72	5.38	6.72	12.10

Tambahkan bobot balok yang sama-(balok masih ada di atap):

Total beban atap per rangka:

Bingkai	Beban Luas Atap (kN)	+ Berat Balok (kN)	Jumlah Atap (kN)
1,6	8.06	0.90	8.96
2,5	16.13	1.80	17.93
3,4	12.10	1.35	13.45

---

 

 

Dengan asumsi semua lantai identik (Level 1–4) dan atap sama dengan Level 5:

Bingkai	Beban/Lantai (kN)	×4 Lantai	Atap (kN)	Total Beban Kolom (kN)
1,6	14.34	57.36	8.96	66,3 kN
2,5	28.68	114.72	17.93	132,7 kN
3,4	21.51	86.04	13.45	99,5 kN

Catatan: Ini adalahbeban layanan yang tidak difaktorkan. Untuk desain, gunakan kombinasi LRFD (misal, 1.2DL + 1.6LL).

---

 

 

Beban gravitasidipindahkan dari dek selebar 1,6 m ke balok memanjang W10×22, kemudian ke kolom W8×24 di masing-masing dari 6 rangka.

Beban aksial kolom puncakterjadi pada Frame 2 dan 5 (~133 kN tidak difaktorkan).

Stabilitas lateraldisediakan oleh:

Penahan X-vertikal (L3×3×1/4) di setidaknya satu ruang (misalnya, ruang tengah 2,8 m).

Penahan horizontal (C9×20) pada atap (dan mungkin tingkat lainnya) terhadap gaya lateral diafragma ke rangka bresing.

Strukturnya adalahditentukan secara statis dalam gravitasi, Danperilaku bingkai-kurungmengatur respons lateral.

Rekomendasi: Melakukan analisis struktur 3D (misalnya, menggunakan SAP2000, ETABS, atau STAAD.Pro) untuk memverifikasi kapasitas anggota, penyimpangan, dan gaya sambungan pada pembebanan gabungan sesuai AISC 360 dan kode bangunan lokal.

---

Akhir analisis.

 

Daerah yang dapat beradaptasi:Chili, Filipina, Kredonia Baru, Tonga, Kepulauan Virgin, Pulau Reunion, Peru...

Aplikasi: Komponen struktural untuk pergudangan, Penyimpanan, logistik, rak mesin dan keperluan khusus lainnya

Jumlah cerita: 5

Tinggi keseluruhan: 12,2 m → rata-rata tinggi lantai=12.2 / 5 ≈ 2,44 m

Lebar bangunan (arah pendek): 1.6 m

Panjang bangunan (arah panjang): 25.2 m

Bingkai bay (bingkai melintang): 6 bingkai dengan jarak [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m] sepanjang 25,2 m
→ Jumlah jarak ruang total=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2 m (konsisten)

Anggota utama:

Kolom: W8×24 (sesuai ASTM A992 atau setara)

Balok utama (girder): W10×22

Penguat horizontal: C9×20 (bagian saluran)

Penyangga vertikal (tingkat): L3×3×1/4 (sama-sudut kaki)

 

Strukturnya adalah-rangka pemikul momen yang distabilkan secara lateral dengan penguat diagonal pada bidang horizontal dan vertikal.

Jalur Beban Gravitasi:
Beban lantai (mati + hidup) ditransfer melalui sistem lantai (tidak dirinci di sini) ke balok utama (W10×22), kemudian ke kolom (W8×24). Mengingat lebarnya yang sempit (1,6 m), kemungkinan besar balok utama dibentangkan secara melintang (1,6 m) dan ditopang oleh kolom-kolom yang disejajarkan sepanjang arah 25,2 m. Namun, mengingat praktik umum dan penunjukan anggota, lebih masuk akal bahwa:

Itubalok utama berjalan memanjang(arah 25,2 m), ditopang oleh rangka melintang dengan jarak setiap ~5–6 m.

Namun dengan lebarnya yang hanya 1,6 m, hal ini menunjukkan astruktur sempit-ruang tunggal, mungkin jembatan, kanopi, atau rangka penyangga peralatan.

Mengingat geometrinya (lebar 1,6 m × panjang 25,2 m × tinggi 12,2 m), ini tampak seperti sebuahbingkai linier(misalnya, struktur pendukung untuk utilitas atau jalan setapak), dengan 6 rangka melintang (masing-masing lebar 1,6 m) dengan jarak sepanjang 25,2 m.

Dengan demikian:

Setiapbingkai melintangterdiri dari dua kolom (tinggi=2.44 m per lantai × total 5=12.2 m) dan balok penghubung di setiap tingkat.

Balok utama(W10×22) kemungkinan besar berjalansecara membujur, menghubungkan rangka melintang di setiap tingkat lantai.

Yg menguatkan:

Penguat horisontal(C9×20) pada atap dan mungkin tingkat menengah untuk memindahkan beban lateral ke rangka bresing.

Penguat vertikal (bertingkat).(L3×3×1/4) dalam satu atau lebih teluk untuk memberikan kekakuan lateral terhadap beban angin/gempa.

 

 

Berat satuan (dari Manual AISC):

L8×24: 24 pon/kaki=35.7 kg/m

L10×22: 22 pon/kaki=32.7 kg/m

C9×20: 20 pon/kaki=29.8 kg/m

L3×3×1/4: berat ≈ 4,9 lb/ft=7.3 kg/m (dihitung dari luas ≈ 1,44 in²)

---

A.Kolom

Jumlah bingkai melintang: 6

Setiap frame memiliki 2 kolom (dengan asumsi frame persegi panjang)

Jumlah kolom=6 × 2=12

Tinggi per kolom=12.2 m

Total panjang kolom=12 × 12.2=146.4 m

Berat baja kolom=146.4 m × 35,7 kg/m ≈5.226kg

 

B. Balok Utama (Girder Longitudinal)

Dengan asumsi balok pada masing-masing 5 tingkat lantai mempunyai panjang penuh 25,2 m, dandua balok per tingkat(ditambah 6 dari lebar 1,6 m):

Balok per tingkat=2

Tingkat=5

Panjang balok total=2 × 5 × 25.2 + 1.6 x 6 x 5=300 m

Berat baja balok=300 m × 32,7 kg/m ≈9.810kg

Catatan: Jika struktur hanya menggunakan satu balok pusat atau konfigurasi berbeda, sesuaikan. Ini mengasumsikan pembingkaian perimeter.

 

C. Penguat Horisontal (C9×20)

Biasanya dipasang di tingkat atap dan mungkin di lantai tengah. Menganggap:

Satu lapisan bresing horizontal pada atap (denah bresing membentuk X atau diagonal tunggal per panel)

Panel antar frame : 5 panel (antara 6 frame)

Panjang diagonal per panel ≈ √(5.6² + 1.6²) ≈ 5.82 m (untuk teluk 5.6 m); untuk ruang 2,8 m: √(2,8² + 1.6²) ≈ 3,22 m

MenganggapX-bracing di satu ruang saja(minimum untuk stabilitas), misalnya, di teluk tengah 2,8 m:

Diagonal di atap: 2 × 3.22=6.44 m

Mungkin juga di permukaan tanah atau menengah: asumsikan 3 tingkat dengan penyangga → 3 × 6.44=19.3 m

Total panjang C9×20 ≈ 20 m (konservatif)

Berat=20 m × 29,8 kg/m ≈596kg

Jika rangka horizontal penuh digunakan pada setiap tingkat, kuantitasnya meningkat secara signifikan. Ini adalah perkiraan minimal. sebenarnya sudah ada penyangga horizontal di setiap rongganya, jadi pemakaian sebenarnya akan jauh lebih banyak.

 

D. Penguat Vertikal (Bertingkat) (L3×3×1/4)

Menganggapsatu teluk yang diperkuatsepanjang (misalnya, antara Bingkai 3 dan 4, melintasi teluk 2,8 m) dengan penyangga X-di setiap tingkat.

Jumlah lantai=5 → 5 panel penyangga

Tinggi panel=2.44 m, lebar=2.8 m

Panjang diagonal per panel=√(2,44² + 2.8²) ≈ 3,71 m

Dua diagonal per panel (X-penjepit) → 2 × 3.71=7.42 m per tingkat

Panjang keseluruhan=5 × 7.42=37.1 m

Berat=37.1 m × 7,3 kg/m ≈271kg

Jika beberapa rongga dipasang, gandakan sesuai kebutuhan.

---

 

 

Komponen	Berat (kg)
Kolom (L8×24)	5,226
Balok Utama (W10×22)	9,810
Penguat Horisontal (C9×20)	596
Penguat Vertikal (L3×3×1/4)	271
Jumlah (kira-kira)	15.903kg

≈ 15,9 metrik ton

Catatan: Ini tidak termasuk sambungan, pelat dasar, komponen sekunder, atau penghiasan. Berat fabrikasi sebenarnya mungkin 10–15% lebih tinggi karena detail sambungan dan pemborosan.

---

 

 

kelangsingan: Kolom W8×24 (d ≈ 8 inci, A ≈ 7,08 inci²) dengan tinggi tidak diikat lebih dari 12,2 m mungkin berbentuk ramping. Faktor panjang efektif (K) bergantung pada kondisi akhir. Untuk dipasangi pin-yang dipasangi pin, KL/r dapat melebihi batas kecuali jika diperkuat.Penguat vertikal sangat pentinguntuk mengurangi panjang kolom efektif.

Rentang Balok: W10×22 sepanjang 5,6 m (jika bentang balok antar rangka melintang) masuk akal untuk beban ringan. Namun jika balok direntangkan sepanjang 25,2 m secara menerus, defleksi dan kekuatan tidak akan memadai-dengan demikian, asumsi konfigurasi (balok sebagai balok memanjang di antara rangka melintang) lebih masuk akal.

Stabilitas Lateral: Disediakan oleh kombinasi bresing X-vertikal (menahan angin/gempa) dan bresing horizontal (aksi diafragma).

Muat Asumsi: Tanpa beban mati/hidup/angin tertentu, ini merupakan perkiraan awal. Diperlukan desain terperinci per AISC 360.

---

 

Kesimpulan
Rangka baja yang dijelaskan adalah rangka bresing sempit{0}bertingkat dengan perkiraan tonase bajasekitar 15,9 metrik ton. Sistem struktur bergantung pada bresing diagonal untuk stabilitas lateral, dan ukuran komponen tampaknya cukup untuk pembebanan ringan-hingga-sedang, asalkan bresing yang tepat akan mengurangi panjang efektif kolom. Analisis struktur lengkap termasuk kombinasi beban, desain sambungan, dan pemeriksaan kemudahan servis direkomendasikan sebelum konstruksi.