STUDI EKSPERIMENTAL KERUNTUHAN RANGKA KUDA-KUDA BAJA RINGAN PADA ATAP RUMAH DAN SEKOLAH
Adityo Budi Utomo 1,*) , Iman Satyarno 2) , Muslikh 2)
1) Prodi Teknologi Konstruksi Jalan dan Jembatan, Politeknik Pekerjaan Umum, Semarang Jl. Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Kota Semarang 50275
2) Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta Jl. Grafika No. 2, Kampus UGM, Sinduadi Mlati Sleman Yogyakarta
*) Email : adityobudiutomo@gmail.com, iman@tsipil.ugm.ac.id

## Abstract
Increasingly  expensive  price  of  quality  woods  and  difficulties  of  workmanship,  it  makes people switch from wood to lightweight steel as a roof truss. The use of lightweight steel as truss becomes popular because of the fast workmanship dan durability of the material. Many cases show that lightweight steel truss at school and house collapsed and caused a fatality. This  lightweight  steel  truss  study  was  carried  out  on  a  full  scale  with  a  span  of  6  m  and  a slope of 30 0 , while the loading test pattern at the placement points of battens was like truss in the community. The goals of this study to measure and observe several parameters including weight,  maximum  capacity,  stiffness,  ductility,  price,  length  of  work,  and  failure  pattern. From  testing,  the  result  shows  that  lightweight  steel  truss  has  dead  weight,  maximum capacity, stiffness value, ductility value, price, working time, and failure pattern respectively of 21,3 kg,734 kg, 91,18 kg/mm, 2,97, Rp 1.740.000, 2 days, and failure pattern is buckling on  the  diagonal  top  chord.  The  result  of  this  research  indicates  that  lightweight  steel  truss can  be  used  in  the  community  with  the  limitation  of  using  metal  roof  coverings  instead  of concrete or ceramic and the distance between the truss max 1,2 m.
Kata kunci : house, lightweight steel, roof, truss

## PENDAHULUAN
Atap  adalah  bagian  paling  atas  dari  suatu rumah  yang  berfungsi  untuk  melindungi rumah  dan  penghuninya  dari  pengaruh angin,  curah  hujan,  panas  sinar  matahari, dan  lain-lain.  Komponen  atap  terdiri  dari dua  bagian  penting,  yaitu  konstruksi  kuda- kuda di bawah penutup atap yang memikul beban penutup atap dan konstruksi penutup atap/pelapis  atap  yang  berfungsi  sebagai pelindung kuda-kuda dan elemen bangunan di bawahnya (Yap, 2001).
Masyarakat Indonesia banyak menggunakan material kayu sebagai rangka kuda-kuda  atap  rumah  karena  mudah didapat,  mudah  dibuat,  dan  ringan.  Namun akhir-akhir  ini  penggunaan  bahan  kayu untuk  rangka  kuda-kuda  atap  rumah
menemui  beberapa  kelemahan  antara  lain sifat  kekuatan  kayu  yang  tidak  seragam, mudah  diserang  rayap  bila  tidak  dirayap dan  harga  kayu  berkualitas  yang  semakin mahal. Karena kelemahan di atas, masyarakat  sudah  mulai  beralih  pada material  baja  ringan.  Namun  baja  ringan mempunyai beberapa kelemahan antara lain material  baja  ringan  sebagai  kuda-kuda memang lebih awet (anti rayap) juga sangat ringan.  Namun  karena  bentuknya  yang sangat tipis, baja ringan memiliki kelemahan dalam hal tekuk (Frick, 2002).
Akhir-Akhir ini banyak kasus keruntuhan  rangka  kuda-kuda  baja  ringan pada  sekolah  dan  rumah  yang  baru  selesai dikerjakan namun belum diketahui penyebabnya. Untuk menyelidiki penyebab
kelemahan  tekuk  pada  penggunaan  rangka kuda-kuda  baja  ringan  ini  perlu  dilakukan penelitian secara experimental di laboratorium. Dalam penelitian ini digunakan  rangka  baja  ringan  dalam kondisi full  scale bentang  6  m  dan  sudut 30 0 seperti lazimnya digunakan
masyarakat.  Diharapkan  dengan  adanya penelitian ini dapat diketahui batasan tekuk pada struktur baja ringan sehingga keruntuhan rangka kuda-kuda dapat dihindari.

## Pemodelan Struktur
Mengacu  pada  SNI  17.29.1987  (SKBI- 1.3.53.1987)  tentang  tata  cara  perencanaan pembebanan  untuk  rumah  dan  gedung, maka beban yang dipikul rangka kuda-kuda antara lain :
a. Beban mati (DL)
Beban  mati  bekerja  vertikal  sesuai  arah gravitasi (lihat Gambar 1), terdiri dari berat penutup  atap  (genteng  tanah  liat  atau genteng metal) beserta reng,  berat  gording, berat langit-langit dan penggantung sebesar 11 kg/m 2 , berat sendiri kuda-kuda, danberat abu vulkanik sebesar 2800 kg/m 3
b. Beban hidup (LL)
Beban  hidup  bekerja  vertikal  sesuai  arah gravitasi  (lihat  Gambar  1)  dilakukan simulasi berbagai kondisi antara lain :
1) beban  orang  dan  pemadam  kebakaran beserta  peralatannya  minimal  100  kg dan  beban  horisontal  akibat  desakan orang  sebesar  5%-10%  dari  beban vertikalnya.
2) Beban  orang  yang  bekerja  di  seluruh atap saat banjir untuk mengungsi
3) Beban  orang  yang  bekerja  di  sebagian atap saat konstruksi
c. Beban air hujan (R)
Beban air hujan bekerja vertikal sesuai arah gravitasi (lihat gambar 1) R = 40 – 0,8α (1) dimana :
α  =  sudut  kemiringan  atap,  derajat  (jika α>50 0 dapat diabaikan)
R = beban air hujan kg/m 2 (min 20 kg/m 2 ) d. Beban angin (W)
Angin yang menerpa atap akan memunculkan  beban  angin  berupa  tekanan dan  hisapan.  Beban  angin  bekerja  tegak lurus  terhadap  bidang  kemiringan  atap  dan besarnya  minimum  25  kg/m 2 (jauh  dari laut)  dan  minimum  40  kg/m 2 (5  km  dari laut) atau diambil rumus pendekatan
P = (kg/m 2 ), (2)
dimana : Koefisien angin tekan (W tekan ) = 0,02α-0,4 Koefisien  angin  hisap  (W hisap )  =  0,4
Gambar 1. Arah kerja beban yang bekerja pada rangka kuda-kuda
a. Arah kerja beban mati, beban hidup, dan beban hujan b. Arah kerja beban angin hembusan angin 6000 6000
Beban Layan Beban Atap Beban Hidup Beban angin arah vertikal (Wy) Beban air hujan Beban pasir abu vulkanik 3 cm Keterangan Total beban silinder beton Berat total Beban reng Beban genteng tanah liat Beban genteng metal Beban plafon Beban orang sebagian Beban orang penuh (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (buah) (kg) Konversi jumlah silinder beton (buah) 2 (@ 12 kg) 20 (@ 12 kg) 3 (@ 12 kg) 7 (@ 12 kg) 32 (@ 12 kg) 58 (@ 12 kg) 4 (@ 12 kg) 12 (@ 12 kg) 49 (@ 12 kg) Komb 1a x x x rangka kuda-kuda selesai dikerjakan dengan atap metal 12 141 Komb 3a x x x x x kejadian hujan + angin 27 327 Komb 5a x x x x pemadam kebakaran 43 520 Komb 6a x x x x Kejadian hujan abu vulkanik tebal 3 cm 61 729 Komb 7a x x x x evakuasi bencana 70 841 Komb 1b x x x rangka kuda-kuda selesai dikerjakan dengan genteng tanah liat 29 351 Komb 2b x x proses pemasangan rangka kuda-kuda 33 399 Komb 3b x x x x x kejadian hujan + angin 45 537
Tabel 1. Kombinasi beban layan rangka atap baja ringan dengan genteng metal dan genteng tanah liat pada jarak antar kuda-kuda 1,2 m
Beban Layan Beban Atap Beban Hidup Beban angin arah vertikal (Wy) Beban air hujan Beban pasir abu vulkanik 3 cm Keterangan Total beban silinder beton Berat total Beban reng Beban genteng tanah liat Beban genteng metal Beban plafon Beban orang sebagian Beban orang penuh (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (buah) (kg) Konversi jumlah silinder beton (buah) 2 (@ 12 kg) 20 (@ 12 kg) 3 (@ 12 kg) 7 (@ 12 kg) 32 (@ 12 kg) 58 (@ 12 kg) 4 (@ 12 kg) 12 (@ 12 kg) 49 (@ 12 kg) Komb 4b x x pemasangan atap secara gotong royong 60 720 Komb 5b x x x x pemadam kebakaran 61 730 Komb 6b x x x x Kejadian hujan abu vulkanik tebal 3 cm 78 939 Komb 7b x x x x proses evakuasi bencana yang dimana orang menaiki atap rumah 88 1051 Sumber : Utomo, 2016
Rangka  kuda-kuda  baja  ringan  dimodelkan dengan bentang 6 m, sudut 30 0 , jarak antar kuda-kuda 1,2 m  dan jarak antar reng 0,22 cm. Beban yang bekerja pada rangka kuda- kuda  terjadi  dalam  berbagai  kombinasi sehingga  disebut  beban  layan  ( service load ).  Beban  layan  yang  mungkin  terjadi dapat  dilihat  dalam  Tabel  1.  Dalam  table juga dimungkingkan kondisi darurat seperti kondisi bencana banjir (dimana dipergunakan untuk mengungsi) dan kondisi  bencana  letusan  gunung  berapi (dimana  penutup  atap  tertutup  tebal  oleh abu vulkanik). (Basukito, 2010) Penyaluran beban  mulai  dari  penutup  atap  hingga
kolom  disalurkan  melalui  rangka  batang kuda-kuda  dan  hasil  pemodelan  dapat digambarkan  dalam  Gambar  2.  Penyaluran beban  dari  penutup  atap  melalui  rangka batang  kuda-kuda  menyebabkan  terjadinya respon  struktur  berupa  gaya  batang  dan lendutan. Menurut SNI 03-2847-2002 butir 6.4.3  Lendutan  ijin  (δ)  yang  terjadi sebaiknya lebih kecil dari x L (panjang bentang kuda-kuda). Lendutan yang melebihi lendutan ijin  akan mengakibatkan kerusakan  non  struktural  seperti  retak plafon dan turunnya posisi instalasi listrik.

## METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  ini  diawali  dengan  studi pustaka  terhadap  literatur  yang  sesuai, ,elakukan  pemodelan  strukstur  dengan bantuan software SAP  2000,  pembuatan gambar  kerja,  dan  pembuatan  model  kuda- kuda  yang  akan  diuji.  Penelitian  ini
menggunakan  rangka  kuda-kuda  baja ringan  yang  ada  di  masyarakat  dengan bentang 6 m dan sudut kemiringan penutup atap sebesar 30 0 .  Rangka utama kuda-kuda baja  ringan  menggunakan  profil  C75.35. Adapun  bentuk  rangka  kuda-kuda  dapat dilihat dalam Gambar 3.
Gambar 2. Reaksi batang akibat beban pada struktur rangka baja ringan dengan SAP 2000
Gambar 3. Model alternatif struktur rangka kuda-kuda atap rumah
6000 1750 75 35 6 6 tebal 0,8 mm
Untuk  memodelkan  arah  kerja  beban  yang bekerja  pada  rangka  kuda-kuda,  dalam penelitian  ini  digunakan  simulasi  dengan silinder  beton  yang  diletakkan  dalam keranjang  seperti  terlihat  dalam  Gambar  4 di  bawah. Pemodelan pengujian kuda-kuda
dengan beban vertikal hanya dapat mensimulasi  arah  kerja  beban  mati,  beban hidup,  dan  beban  hujan,  sedangkan  beban angin  yang  bekerja  secara  horisontal  tidak bisa disimulasi dalam pengujian ini.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Berat Struktur Rangka Kuda-Kuda
Pengukuran  berat  rangka  baja  ringan dilakukan  dengan  cara  meletakkan sampel  rangka  ringan  sepanjang  6 meter  dan  sudut  30 0 pada  sebuah
timbangan.  Berat  1  set  rangka  kuda- kuda  baja  ringan  adalah  21,3  kg  yang artinya  dapat  diangkat  oleh  1  orang.
Dalam pelaksanaannya karena memiliki bentang yang cukup panjang maka dilakukan oleh 2 orang.
b. Perilaku Beban Dan Lendutan Struktur Rangka Kuda-Kuda Setiap  penambahan  silinder  akan menimbulkan  penambahan  lendutan
pada tengah bentang kuda-kuda. Kurva beban  terhadap  lendutan  kuda-kuda dapat dilihat dalam Gambar 5.
Gambar 4. Metode pengujian struktur rangka baja ringan dengan menggunakan karung beban Strain Gauge Strain Gauge Strain Gauge 1 karung beban terikat pada setiap reng LVDT LVDT LVDT Strain Gauge karung beban berisi silinder beton 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 +/- 0,00 + 1,70 + 1,10 + 0,10 + 2,70 + 3,55 + 1,50
Secara umum dapat dilihat perilaku struktur rangka  baja  ringan  bersifat  linier  elastis kemudian  berubah  menjadi  non  linier  dan inelastik.  Kekakuan  struktur  berkaitan dengan  kemampuan  struktur  menahan respon  elastik  sebelum  leleh  terjadi. Daktilitas struktur berkaitan dengan kemampuan struktur untuk menahan respon
inelastik  (telah  terjadi  leleh)  termasuk menyerap  energi  dan  lendutan.  Kuda-kuda baja  ringan  dalam  penelitian  ini  dinilai memiliki  daktilitas  yang  tinggi  (Tabel  2) sehingga struktur tersebut mampu mengalami simpangan paling besar sebelum  runtuh  bila  terjadi  beban  dinamik (seperti beban gempa).
Kondisi Ultimate Kondisi Leleh Nilai Kekakuan Nilai Daktilitas P ult (P u ) δ ult (δ u ) P leleh (P y ) δ leleh (δ leleh ) P y /δ y δ y /δ u Hasil simulasi 1350 kg 4,3 mm 1250 Kg 3,5 mm 347,22 Kg/mm 1,23 Hasil pengujian 734 Kg 6,8 mm 620 Kg 20,2 mm 91,18 Kg/mm 2,97 Gambar 5. Kurva hubungan beban dan lendutan rangka kuda-kuda baja ringan
(sumber : Utomo, 2016)
Tabel 2. Analisa kekakuan dan daktilitas rangka kuda-kuda baja ringan
Hasil pengujian (Gambar 6) akan dibandingkan dengan besar beban kombinasi  (Tabel  1  dan  2)  sehingga diperoleh  faktor  keamanan  (SF  = Safety Factor )  untuk  alasan  keamanan  bila nantinya
kuda-kuda
diterapkan di
masyarakat.  Kekuatan kuda-kuda terhadap kombinasi  beban  setidaknya  memiliki SF>1,    berikut  analisis  faktor  keamanan rangka  kuda-kuda  hasil  pengujian  dapat dilihat dalam Tabel 3.
Kombinasi beban (jarak 1,2 m) Faktor keamanan (SF) struktur rangka baja ringan Kombinasi beban (jarak 1,2 m) Faktor keamanan (SF) struktur rangka baja ringan Kondisi ultimate (734 Kg) Kondisi leleh (620 Kg) Kondisi ultimate (734 Kg) Kondisi leleh (620 Kg) Kombinasi 1a (141 Kg) 5,21 4,40 Kombinasi 1b (351 Kg) 2,09 1,77 Kombinasi 2a (327 Kg) 2,24 1,90 Kombinasi 2b (399 Kg) 1,84 1,55 Kombinasi 3a (520 Kg) 1,41 1,19 Kombinasi 3b (537 Kg) 1,37 1,15 Kombinasi 4a (729 Kg) 1,01 0,85 Kombinasi 4b (720 Kg) 1,02 0,86 Kombinasi 5a (841 Kg) 0,87 0,74 Kombinasi 5b (730 Kg) 1,01 0,85 Kombinasi 6b (939 Kg) 0,78 0,66 Kombinasi 7b (1051 Kg) 0,70 0,59
Bila  mengacu  pada  PPBBI  1984  dengan menggunakan  faktor  keamanan  (SF)  =  1.5, kuda-kuda  baja  ringan  dengan  atap  metal cukup kuat dan cukup kaku untuk memikul beban kombinasi 1a-3a atau dapat dibangun secara  lengkap  mulai  dari  penutup  atap hingga  plafon  namun  tidak  bisa  digunakan untuk  kondisi  darurat  evakuasi  bencana pengungsi  atau  beban  abu  vulkanik.  Bila rangka kuda-kuda baja ringan menggunakan  penutup  genteng  tanah  liat maka cukup kuat dan cukup kaku memikul beban kombinasi 1b-3b atau dapat
dibangun  secara  lengkap  mulai  dari penutup  atap  hingga  plafon  namun  tidak dapat  dipergunakan  untuk  kondisi  darurat bencana.  Kuda-kuda  baja  ringan  mencapai batas  lendutan  ijin  pada  saat  beban kombinasi  4b  atau  dapat  dikatakan  kuda- kuda  baja  ringan  cukup  kaku  untuk menahan  beban  terpaan  angin  dan  hujan. Kuda-kuda  baja  ringan  akan  mengalami lendutan  berlebihan  ketika  dinaiki  orang secara beramai-ramai sehingga perlu dilakukan  pembatasan  beban  orang  yang naik ke atas atap hingga 80 kg/m 2 .
c. Analisis Kegagalan Struktur Rangka
Kuda-Kuda

## Tabel 3. Analisis faktor keamanan struktur rangka kuda-kuda hasil pengujian
Dari hasil pengujian full scale pada struktur rangka  kuda-kuda  baja  ringan,  kegagalan
struktur berupa tekuk/ buckling pada batang tekan (Gambar 6).
Mekanisme  kegagalan  struktur  kuda-kuda baja ringan disebabkan oleh :
1. Gaya  aksial  pada  batang  tekan  hasil pengujian melebihi kapasitas
penampang  tekan  teoritis  sehingga batang tekan mengalami tekuk ke arah sumbu lemah.
2. Kegagalan  struktur  diawali  dengan tekuk  bagian  badan  ke  arah  sumbu  Y atau  mengalami  tekuk  lateral  ke  arah sumbu  lemah  kemudian  diikuti  tekuk
lokal  pada  penampang  sayap.  Kondisi batang  tarik  baja  ringan  mengalami kegagalan  setelah  terjadi  tekuk  torsi pada batang tekan.
d. Efisiensi  Dan  Efektifitas  Kinerja Struktur Rangka Kuda-Kuda
Kajian  nilai  ekonomi  rangka  kuda-kuda yang  meliputi  lama  pengerjaan  dan  harga pembuatan  kuda-kuda  dapat  dilihat  pada Tabel 4. No. Parameter Kinerja Kuda-Kuda Baja Ringan 1 Lama pengerjaan kuda-kuda 2 hari 2 Total waktu hingga kuda-kuda siap dibebani 2 hari 3 Harga Rp  1,740,000 4 Rasio beban/berat 34,5 5 Rasio harga/beban Rp    870 /kg Ditinjau dari sisi kemudahan dan kecepatan dalam  pembuatan  kuda-kuda,  kuda-kuda baja ringan dinilai cepat karena mengandalkan  jenis  batang  yang  sudah terfabrikasi  (tidak  perlu  pengolahan  lagi) dan penggunaan sistem baut yang
sederhana  dalam  pemasangannya.  Dari  sisi harga  kuda-kuda  baja  ringan  yang  cukup murah memiliki daya tarik bila dibandingkan  jenis  kuda-kuda  lainnya. Struktur  rangka  kuda-kuda  baja  ringan dapat  dikatakan  sangat  efektif  dalam
Tabel 4. Analisis nilai ekonomi struktur rangka kuda-kuda
a. Kegagalan tekuk pada batang tekan rangka kuda-kuda baja ringan b. Kegagalan tekuk lokal pada batang tekan
Gambar 6. Kegagalan struktur kuda-kuda baja ringan
menahan  beban  bila  akan  diterapkan masyarakat.

## SIMPULAN
Dari hasil penelitian dan analisis data yang telah  dilakukan,  maka  ditinjai  dari  sisi manajemen konstruksi, 1set kuda-kuda baja ringan  dapat  dikerjakan  dalam  2  hari  dan bisa  dikerjakan  2  orang  serta  memiliki harga  yang  cukup  ekonomis  sehingga banyak  digemari  masyarakat.  Ditinjau  dari sisi  kekuatan,  1  set  kuda-kuda  baja  ringan mampu  memikul  beban  maksimum  734,2 Kg  yang  artinya  dapat  menahan  semua kombinasi beban layan (berat sendiri, berat reng,  berat  penutup  atap,  beban  angin  dan air  hujan).  Rangka  kuda-kuda  baja  ringan dengan  penutup  genteng  tanah  liat  aman digunakan  pada  jarak  antar  kuda-kuda maksimum 0,8 m. Sedangkan bila menggunakan  penutup  genteng  metal, rangka  kuda-kuda  aman  digunakan  untuk jarak  antar  kuda-kuda  maksimum  1,2  m. Kuda-kuda  baja  ringan  tidak  cocok digunakan  untuk  kondisi  darurat  seperti kondisi  beban  timbunan  abu  vulkanik gunung  berapi,  beban  pengungsi  bencana banjir,  atau  system  pembangunan  dengan gotong  royong  dimana  banyak  orang  naik ke  atas  struktur  namun  harus  dibatasi  80 kg/m 2 .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terimakasih ditujukan kepada Prof. Ir. Iman Satyarno, M.E, Ph.D dan Dr. Ir. H. Muslikh,  M.Sc.,  M.Phil  selaku  dosen pembimbing,  PT  Indocement  Tunggal Prakarsa,  Tbk  atas  bantuan  dana  penelitian serta  civitas  akademika  Jurusan  Teknik
Sipil  dan  Lingkungan,  Fakultas  Teknik, Universitas Gadjah Mada.

## DAFTAR PUSTAKA
Badan  Standarisasi  Nasional,  1987, SNI 17.29.1987 (SKBI-1.3.53.1987) Tatacara Perencanaan Pembebanan  Untuk  Rumah  Dan Gedung , Jakarta, BSN.
Basukito, R. S, 2010, Stabilitas Kuda-Kuda Baja  Ringan  Startruss  Type  C (Studi  Kasus  :  Pengujian  Kuda-
Kuda Baja Ringan Bentang 6m), Yogyakarta , Universitas Gadjah Mada. Frick,  H.  dan  Moerdiartianto.,  2002, Ilmu Konstruksi Bangunan Kayu , Yogyakarta, Kanisius.
Rohman,  R.K.  dan  Martana., 2011, Perbandingan  Harga  Pengunaan Konstruksi  Kayu  Dan  Baja  Ringan Sebagai  Konstruksi  Rangka  Atap Pada  Bangunan  Sederhana, Jurnal Agri-tek volume 12 no. 2 September 2011, Madiun, Universitas Merdeka Madiun.
Utomo,  Adityo, dkk, 2016, Pengembangan Rangka  Kuda-uda  Berbasis  Semen , Jakarta,  PT  Indocement  Tunggal Prakarsa
Yap,  F.,  2001, Konstruksi  Kayu .  Bandung,
Bima Cipta.
Yayasan  Lembaga  Penyelidikan  Masalah
Bangunan, 1984 , Peraturan Perencanaan Bangunan Baja Indonesia (PPBBI). Bandung , Direktorat  Penyelidikan  Masalah Bangunan.