Modul SAP2000 v 14
Disusun oleh : Mochammad Surya Budi Utomo
S A P 2000 S es i P ertama Konsep Dasar SAP2000 Praktikum Gelagar Sederhana Ragam Pembebanan
MENGENAL SAP 2000 a.
Sekilas Mengenal SAP 2000
Seri program SAP merupakan salah satu program analisis dan perancangan yang telah dipakai secara luas diseluruh dunia, program ini merupakan hasil penelitian dan pengembangan oleh tim dari University of California, dipimpin Prof. Edward L. Wilson selama lebih dari 25 tahun. Program pertama kali diluncurkan pada tahun 1970 dengan berbasis teks (DOS). Setelah versi SAP 90, mulai dipasarkan versi SAP 2000 yang sudah berbasis grafis dan beroperasi dalam sistem windows. Sistem yang berbasis grafis membuat proses pembuatan model, pemeriksaan, dan penampilan hasil dapat dilakukan secara interaktif pada layar.
Gambar 1. Tampilan layar SAP 2000 v 14
b.
Fasilitas SAP 2000
1)
Model, Analisis & Desain Untuk memudahkan dalam permodelan, Sap 2000 telah menyediakan
beberapa variasi template (model siap pakai) dari suatu tipe struktur. Untuk membuat model struktur pengguna cukup memodifikasi seperlunya sehingga proses permodelan dan analisis menjadi lebih cepat. SAP 2000 sudah terintegrasi untuk melakukan proses analisis dan desain. Setelah analisis selesai dilakukan dan
dapat hasil yang benar selanjutnya dapat langsung dilakukan desain untuk memperoleh dimensi profil atau tulangan baja yang mencukupi. Anali sis ulang dan redesain dapat dilakukan dengan mudah dengan SAP 2000.
Gambar 2. Kotak dialog new model pada Sap 2000 v 14
2)
Tampilan nyata Model struktur pada SAP 2000 dapat diidealisasikan dalam berbagai
macam elemen, antara lain elemen joint (titik), shell (pelat), sampai pada elemen solid (pias elemen 3 dimensi) untuk permodelan elemen hingga finite elemen, sebagai aktualisasi elemen sebenarnya. Misalnya balok dan kolom pada bangunan bertingkat dimodelkan sebagai elemen frame, pelat jembatan atau dinding geser shell , tubuh bendung dibagi-bagi dalam pias-pias kecil elemen solid , dan lain-lain.
c.
Dasar-dasar SAP 2000
1.
Sistem Koordinat Global dan Sistem Koordinat Lokal
-
Sistem Koordinat Global Sistem koordinat global merupakan koordinat dalam tiga dimensi,
mengikuti aturan tangan kanan (right handed ). Tiga sumbu dengan notasi X, Y, dan Z ialah sumbu yang saling tegak lurus sesuai dengan aturan tangan kanan. Letak dan orientasi sumbu global tersebut dapat berubah-ubah, asalkan sesuai dengan aturan tangan kanan.
Lokasi pada sistem koordinat global dapat ditentukan menggunakan variabel x, y, z, vektor dalam sistem koordinat global dapat ditentukan dengan memberikan lokasi dua titik, sepasang sudut, atau dengan memberikan arah koordinat. Arah koordinat ditunjukkan dengan nilai X±, Y±, Z±. Sebagai contoh X+ menunjukkan vektor sejajar dan searah dengan sumbu X positif. Semua sistem koordinat yang lain pada model ditentukan berdasarkan sistem koordinat global ini. SAP 2000 selalu mengasumsikan sumbu Z arahnya vertikal, dengan Z+ arah ke atas. Sistem koordinat lokal untuk joint , elemen, dan gaya percepatan tanah ditentukan berdasarkan arah ke atas tersebut. Beban berat sendiri arahnya selalu ke bawah, pada arah Z. Bidang X-Y merupakan bidang horizontal, dengan sumbu X+ merupakan sumbu utama. Sudut pada bidang horizontal diukur dari sumbu positif X, dengan sudut positif ialah berlawanan arah dengan arah putaran jarum jam. -
Sistem Koordinat Lokal Pada setiap elemen frame mempunyai sistem koordinat lokal yang
digunakan untuk menentukan potongan Property, beban dan gaya-gaya keluaran. Sumbu-sumbu koordinat lokal ini dinyatakan dengan simbol 1, 2, dan 3. Sumbu I arahnya ialah searah sumbu elemen, dua sumbu yang lain tegak lurus dengan elemen tersebut dan arahnya dapat ditentukan sendiri oleh pengguna. Yang perlu diketahui pengguna ialah bagaimana menentukan koordinat ini menggunakan aturan tangan kanan. Untuk koordinat lokal pengguna bebas menentukan arahnya selama
hal
tersebut
memudahkan
menginterpretasikan hasilnya.
dalam
memasukkan
data
dan
Gambar 3. Sumbu lokal frame
Untuk menentukan sistem koordinat lokal elemen yang umum dapat menggunakan orientasi default dan sudut koordinat elemen frame, yang dapat dijelaskan sebagai berikut. a)
Sumbu lokal I arahnya selalu memanjang arah sumbu elemen, arah positif ialah dari ujung i ke ujung j.
b)
Orientasi default sumbu lokal 2 dan 3 ditentukan oleh hubungannya diantara sumbu lokal 1 dan sumbu global Z sebagai berikut:. -
Jika sumbu lokal 1 arahnya horizontal, maka bidang 1-2 dibuat sejajar dengan sumbu Z.
-
Jika sumbu lokal satu arahnya ke atas (Z+), maka arah sumbu lokal 2 sejajar dengan sumbu X+.
2.
Sumbu lokal 3 arahnya selalu horizontal searah bidang X-Y.
Derajat Kebebasan ( DOF )
Derajat kebebasan ( Degree of Freedo, DOF ) menyatakan jenis pergerakan pada model struktur yang memungkinkan. Untuk memahami derajat kebebasan, sebelumnya perlu diketahui jenis pergerakan yang ada dalam SAP 2000, yaitu : -
Translasi (U), gerakan perpindahan, sejajar dengan sumbu
-
Rotasi (R), gerakan putaran, memutari sumbu yang berkaitan.
Sedangkan elemen arah pada SAP 2000 ada tiga, yaitu: 1)
Arah sumbu X
2)
Arah sumbu Y
3)
Arah sumbu Z
Untuk gerakan searah sumbu, memiliki nilai positif, sedangkan berlawanan sumbu memiliki nilai negatif. Perlu diketahui pula, untuk rotasi dan momen juga menggunakan kaidah tangan kanan, di mana ibu jari menunjuk arah sumbu, dan empat jari lain menunjukkan arah putaran rotasi/ momen.
Gambar 4. Kaidah tangan kanan
3.
Objek dan elemen
Elemen dasar yang digunakan untuk permodelan SAP 2000 adalah : 1) Joint (titik nodal), berupa elemen titik/ nodal 2) Frame (batang), berupa elemen garis (1 dimensi) 3) Area, merupakan elemen luasan (2 dimensi) 4) Solid , merupakan elemen ruang (3 dimensi)
4.
E nd offset Elemen frame dimodelkan sebagai elemen garis yang dihubungkan pada
joint (titik kumpul/ pertemuan). Padahal sebenarnya penampang elemen yang digunakan mempunyai dimensi potongan tertentu. Apabila dua buah elemen bertemu, misalnya balok dan kolom, pada pert emuan tersebut akan terjadi overlap potongan penampangnya. Untuk struktur yang dimensi penampangnya cukup besar, maka panjang overlap itu cukup signifikan untuk diperhitungkan.
End offset dapat dihitung secara otomatis oleh program SAP 2000 untuk pilihan yang didasarkan pada dimensi penampang maksimum untuk semua elemen lain yang berhubungan dengan elemen tersebut pada salah satu joint yang ditinjau. Jika end offset yang diberikan menyebabkan panjang bersih elemen kurang dari 1% panjang total elemen, program akan memberikan peringatan dan akan mereduksi end offset sesuai proporsi dengan memberikan panjang bersih elemen sebesar 1% dari panjang total elemen. Kondisi normalnya, besarnya end offset ini harus lebih kecil dari proporsi panjang totalnya. Pengaruh dari pemberian end offset ini ialah semua keluaran gaya-gaya dalam dan momen diberikan pada permukaan dukungan dan pada sepanjang bentang bersih elemen. Pada daerah end offset keluaran gaya-gaya dalam dan momen diberikan pada permukaan dukungan dan sepanjang bentang bersih elemen. Pada daerah end offset keluaran gaya-gaya dalam ini tidak akan dikeluarkan.
Gambar 5. Penerapan end offset pada frame
5.
Automesh Elemen shell yang dipakai untuk memodelkan pelat lantai perlu untuk
dibagi ke dalam pias-pias kecil sejumlah tertentu. Hal ini disebabkan alasan konvergensi, yaitu penyebaran gaya dari pelat ke balok disekitarnya akan semakin baik jika terdapat makin banyak pias pada pelat lantai. Jika jumlah pias terlalu sedikit, atau tidak dilakukan pembagian pias, hasil yang didapatkan relatif kasar (misal output lendutan atau momen yang terlalu besar atau kecil). Tentu saja juga terdapat suatu jumlah pias optimum yang tergantung kepada tipe strukturnya,
karena bila terlalu banyak pias menyebabkan ukuran file dan waktu analisis akan bertambah besar. Pembagian pada elemen shell bisa dilakukan dalam dua metode, yaitu secara fisik (pelat memang dibagi dalam jumlah pias tertentu), atau secara internal (pelat masih satu kesatuan namun dalam analisis SAP 2000 akan membaginya secara otomatis. Untuk metode pertama bisa diakses lewat menu E dit > E dit Areas
> Divide Areas ..., sedang cara kedua lewat menu Assign > Area > Automatic Area Mesh ..., Metode pertama memang akan langsung tertlihat efek pembagian pelat dalam pias-pias, namun bila akan dilakukan perubahan jumlah pembagian pias, maka pelat harus dibuat lagi dari awal. Sedangkan dengan metode kedua, walaupun hasil pembagian pias baru akan terlihat setelah proses analisis selesai, namun lebih bisa fleksibel dalam penentuan jumlah pias, karena tidak dilakukan secara fisik langsung. Dengan alasan tersebut pada video tutorial digunakan metode kedua.
Gambar 6. Pembagian pias dengan metode automesh dan secara fisik
6.
Beban Pada Struktur
Beban-beban pada struktur gedung dapat terdiri dari beban mati, beban hidup, beban angin, beban gempa, beban air, dan beban khusus lainnya seperti beban getaran mesin, beban kejut listrik, dan lain-lain. -
Beban Mati
Beban mati adalah beban yang berasal dari material yang digunakan pada struktur dan beban mati tambahan yang bekerja pada struktur. Pada perhitungan struktur menggunakan bantuan software SAP 2000, berat mati dari material dihitung secara otomatis berdasarkan input data material dan dimensi material yang digunakan. Berat material bangunan tergantung dari jenis bahan bangunan yang digunakan. Berikut contoh berat sendiri bahan bangunan dan komponen gedung berdasarkan Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG) 1983 tabel 2.1 adalah: a) Baja
= 7850 kg/m3
b) Batu alam
= 2600 kg/m3
c) Beton Bertulang
= 2400 kg/m3
d) Pasangan batu merah
= 1700 kg/m3
Beban mati tambahan adalah beban yang berasal dari finishing lantai (keramik, plester), beban dinding dan beban tambahan lainnya. Sebagai contoh, berdasarkan PPIUG 1983: a) Beban finishing (keramik)
= 24 kg/m2
b) Plester 2.5 cm (2.5 x 21 kg/m 2)
= 53 kg/m2
c) Beban ME
= 25 kg/m2
d) Beban plafond dan penggantung = 18 kg/m 2 = 250 kg/m 2
e) Beban dinding -
Beban Hidup Di dalam peraturan pembebanan bahwa fungsi suatu ruangan di dalam gedung akan membuat beban berbeda. Misal untuk beban perkantoran tentu berbeda dengan beban untuk gedung dan lainnya. Contoh beban hidup berdasarkan fungsi ruangan dari Tabel 3.1 Peraturan Pembebanan Indonesia Untuk Gedung (PPIUG 1983): - Parkir
= 400 kg/m2
- Parkir lantai bawah
= 800 kg/m2
- Lantai kantor
= 250 kg/m2
- Lantai sekolah
= 250 kg/m2
- Ruangan pertemuan
= 400 kg/m2
- Ruang dansa
= 500 kg/m2
- Lantai olahraga
= 400 kg/m2
- Tangga dan bordes
= 300 kg/m 2
7.
Perubahan Bentuk dan Gaya-gaya Dalam
-
Perubahan Bentuk Beban pada konstruksi menyebabkan konstruksi tersebut berubah bentuk (berdeformasi). Misal batang pendek menjadi panjang karena ada gaya tarik, batang panjang menjadi batang pendek karena ada gaya tekan, batang lurus menjadi bengkok dsb. Tetapi perubahan bentuk juga bergantung dari jenis bahan konstruksi yang dipakai serta dimensi dari konstruksinya.
-
Regangan Pada pengujian tarik biasa, tidak hanya diamati kekuatan ultimate saja (ultimate strenght ), juga diamati perubahan sifat-sifat lainnya, seperti perubahan deformasi akibat fungsi dari gaya P yang terpakai. Akibat adanya gaya tarik maka terjadi perubahan panjang atau sebuah deformasi telah terjadi. Bila Δ adalah perpanjangan total pada panjang ukur awal L yang ditinjau, maka panjang persatuan ε (epsilon) adalah: ε=
Δ/L (tak berdimensi)
Perpanjangan persatuan panjang ini disebut sebagai regangan ( strain)
Gambar 7. Ilustrasi uji tarik
-
Gaya Dalam Beban yang dikerjakan pada konstruksi disebut gaya luar, akibat gaya luar akan timbul perubahan bangun (deformasi) pada konstruksi, untuk melawan perubahan tersebut timbul gaya-gaya disebut gaya dalam. Gaya dalam dibagi menjadi: - Internal Force (gaya internal, bisa berupa Fx, Fy, Fz) berupa gaya normal
/ aksial dan gaya lintang / geser >> gaya N dan D
- Internal momen (momen internal, bisa berupa Mx, My, Mz) >> M -
Akibat gaya luar juga terjadi defleksi / penurunan (Δ) dan rotasi (θ)
Dengan adanya gaya dalam N dan D diharapkan struktur kemungkinan tidak terjadi penurunan, sedang adanya momen diharapkan tidak terjadi rotasi pada struktur. Bila konstruksi dalam keseimbangan maka gaya dalam harus sama dengan gaya luar, sehingga terjadi perubahan bentuk. Perubahan bentuk sebenarnya juga bergantung dari cara pembebanan strukturnya. Beberapa jenis pembebanan gaya luar: - Pembebanan dari gaya luar berupa beban tarik Beban tarik adalah beban yang diberikan sejajar dengan sumbu longitudinal batang/ benda.
Gambar 8. Gaya dalam akibat Pluar tarik
-
Pembebanan dari gaya luar berupa beban tekan Beban tekan adalah beban yang diberikan sejajar dengan sumbu longitudinal batang/ benda.
Gambar 9. Gaya dalam akibat Pluar tekan
-
Pembebanan dari gaya luar berupa beban geser
Gambar 10. Gaya dalam akibat Pluar beban geser
-
Pembebanan dari gaya luar berupa beban lentur (momen)
Gambar 11. Gaya dalam akibat Mluar (beban lentur)
-
Pembebanan dari gaya luar berupa beban puntir / torsi
Gambar 12. Ilustrasi putaran momen
Apabila pada Gambar 12. (b) dikerjakan beban P yang miring terhadap sumbu X, Y dan Z maka akan timbul enam buah stress resultante yang merupakan gaya-gaya dalam Internal Force (gaya internal Fx, Fy, Fz)
berupa gaya normal / aksial (N) dan gaya lintang/ geser (D) serta Internal momen (momen internal Mx, My, Mz). Fx = gaya aksial Fy = gaya vertikal (geser vertikal) Fz = gaya horizontal (geser horizontal) Mx = momen yang melintasi sb. X, merupakan momen torsi My = momen yang melintasi sb. Y, merupakan momen lentur horizontal Mz = momen yang melintasi sb. Z, merupakan momen lentur vertikal -
Tinjauan Perilaku Struktur dan Elemen Pada bab sebelumnya disebutkan bahwa akibat beban yang bekerja pada struktur akan timbul gaya dalam antara lain: -
Momen (M), berupa momen lentur dan atau momen puntir. Dalam perhitungan dan aplikasinya pada strukturnya dikenal dengan momen positif dan momen negatif. Momen positif terjadi apabila serat bawah elemen/ struktur tertarik dan serat atas tertekan. Sedang momen negatif terjadi apabila serat bawah elemen / struktur tertekan dan serat atas tertarik.
-
Gaya lintang / geser (D) adalah gaya dalam yang bekerja tegak lurus sumbu longitudinal serat elemen.
-
Gaya normal / aksial (N) adalah gaya dalam yang bekerja sejajar sumbu longitudinal elemen.
Dapat digambarkan dengan notasi sebagai berikut:
Gambar 13. Ilustrasi putaran momen
Ditinjau suatu balok A-B yang diberi beban luar P dimana tumpuan A = sendi, tumpuan B = rol maka akan timbul reaksi Av dan Bv serta momen di tengah bentang A-B yang lebih dikenal dengan momen lapangan A-B (M lap), serta gaya lintang D seperti ( Gambar 14) berikut ini.
Gambar 14. Tinjauan gaya dalam pada elemen struktur
Aplikasi momen terhadap struktur adalah untuk menentukan letak besi tulangan pada seperti ( Gambar 15.) di bawah ini.
Gambar 15. Aplikasi momen terhadap struktur adalah untuk menentukan letak besi tulangan
8.
Tahap Analisis Pada SAP 2000
Gambar 16. Tahap analisis SAP 2000
