SAP2000® - Spada UNS

(1)

2019

“Makalah ini disebarluaskan untuk kepentingan pendidikan dan tidak untuk tujuan komersial”

Dr. Eng. Halwan Alfisa Saifullah

Modul Pelatihan

11-12 Juli

Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret (UNS)

SAP2000 ®

Software Analisis Struktur

Organized by:

(2)

BAGIAN 1

PEMODELAN DAN

ANALISIS ELEMEN

GARIS

(3)

MODUL PELATIHAN SAP 2000 - Bagian 01 “Pemodelan dan Analisis Elemen Garis.” Instruktur: Dr. Eng.

Halwan Alfisa Saifullah ([email protected])

---

--- 1-1 Program Studi Teknik Sipil– Universitas Sebelas Maret (UNS)

Software analisa struktur SAP 2000 menyediakan fasilitas untuk melakukan pemodelan, analisis dan perancangan struktur. Semua hal tersebut dapat dilakukan melalui user interface yang sama. Berikut merupakan penjelasan dari toolbar yang digunakan dalam pemodelan struktur.

LATIHAN 1

Lakukan penggambaran struktur frame berikut tanpa menggunakan grid/garis bantu :

Klik perintah : new model – blank – pastikan satuan dalam m – set tampilan bidang (X-Z) – Kerjakan gambar berikut menggunakan perintah Draw Frame/Cable Object. Penggambaran frame dapat dibantu menggunakan “Drawing Control Type”

(4)

---

Keywords : horizontal <CTRL H> ; vertical <CTRL V>; parallel to angles < CTRL A>; fixed length < CTRL L>; fixed length and angles < CTRL S>; fixed dh and dv < CTRL D >

SISTEM KOORDINAT

Semua geometri model struktur yang dibuat dalam program SAP 2000 selalu didefinisikan dalam sistem koordinat global, sedangkan setiap bagiannya dapat memiliki sistem sumbu koordinat tersendiri yang disebut dengan sistem koordinat lokal.

1. Sistem Koordinat Global

adalah sistem koordinat yang digunakan untuk mendefinisikan nodal-nodal yang mewakili struktur secara keseluruhan. Sistem arah sumbu global selalu ditampilkan pada layar kerja dalam bentuk petunjuk arah X,Y dan Z. Secara default, SAP 2000 selalu mengasumsikan sumbu Z merupakan sumbu vertikal dengan nilai positif mengarah keatas.

LATIHAN 2

Klik perintah : new model – Pastikan satuan dalam m – grid only- Isi parameter jumlah dan spasi serta acuan grid koordinat Cartesian sebagai berikut :

Untuk melakukan edit koordinat lakukan klik kanan pada layar – Edit Grid Data. Pengeditan grid dapat dilakukan sebagai ordinat maupun spasi

Jumlah garis grid

Spasi garis grid

(5)

---

Set tampilan bidang (X-Z) . Lakukan penggambaran elemen frame dan area sebagai berikut menggunakan fasilitas bantu gambar pada SAP 2000 :

(6)

---

2. Sistem Koordinat Lokal

adalah sistem koordinat yang digunakan untuk mendefinisikan nodal-nodal setiap elemen. Sistem koordinat ini dinyatakan dengan simbol 1 (warna merah),simbol 2 (warna putih) dan simbol 3 (warna biru) – Ingat warna bendera Belanda !!

Sumbu 1 searah dengan sumbu elemen,sumbu dua dan tiga tegak lurus terhadap elemen dengan mengikuti kaidah tangan kanan (right handed ). Untuk menampilkan penunjuk arah sistem koordinat lokal : set display option (CTRL+E) – local axes

DERAJAT KEBEBASAN (DEGREE OF FREDOOM) STRUKTUR

Degree of freedom adalah jumlah derajat kebebasan suatu titik nodal untuk mengalami deformasi yang dapat berupa translasi (perpindahan) maupun rotasi (perputaran). Dalam rangka ruang tiga dimensi setiap titik nodal (joint) memiliki enam komponen derajat kebebasan yaitu derajat kebebasan translasi ( diberi notasi U1,U2,dan U3) dan derajat kebebasan rotasi (deberi notasi R1,R2 dan R3). Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, notasi angka 1,2, dan 3 mengacu pada sumbu lokal titik nodal (joint).

Untuk titik nodal (joint) perletakan, derajat kebebasannya dikekang (restraint) untuk arah tertentu sesuai dengan sifat perletakannya (roll,sendi atau jepit). Untuk melakukan pengekangan pada joint perletakan : pilih joint yang ditinjau – assign – restraints

Kemudian dalam pemilihan jenis analisis, default derajat kebebasan yang berjumlah enam tadi dapat dibatasi pada menu Analyze > Set Analysis Option

(7)

---

OUTPUT GAYA DALAM

Jika suatu elemen diberikan gaya luar, maka akan timbul reaksi terhadap gaya luar tersebut yang diberikan oleh elemen itu sendiri. Gaya reaksi terhadap gaya luar pada mekanika teknik disebut sebagai gaya-gaya dalam. Gaya-gaya dalam tersebut antara lain :

P, gaya aksial

V2, gaya geser pada bidang 1-2 V3, gaya geser pada bidang 1-3 T, momen torsi

M2, momen yang berputar terhadap sumbu 2 M3, momen yang berputar terhadap sumbu 3

(8)

---

BEBAN PADA STRUKTUR

Beban adalah semua gaya yang menimbulkan tegangan dan regangan pada struktur.

A. BERAT SENDIRI

Pada elemen frame, berat sendiri merupakan gaya yang terdistribusi merata sepanjang frame tersebut. Berat sendiri arahnya selalu ke bawah (-Z). Besarnya beban berat sendiri dihitung sebagai berat volume ( ) dikalikan dengan volume frame-nya. Berat endiri ini dikalikan suatu faktor skala yang ditentukan untuk seluruh struktur. Program SAP 2000 dapat menghitung berat sendiri semua elemen yang kita gambar dengan cara : define – load patterns - memberi nilai 1 pada self weight multiplier beban DEAD ( jika diberi nilai 0, maka program tidak akan menghitung berat sendiri secara otomatis).

B. BEBAN TERPUSAT PADA ELEMEN

Beban terpusat pada elemen dapat dikerjakan di sepanjang elemen dengan arah beban yang ditentukan menurut sistem koordinat global maupun lokal. Program SAP 2000 memberikan dua cara dalam menentukan lokasi beban yaitu:

a. Dengan jarak relative (0 < d < 1). Jarak relatif ini merupakan hasil pembagian dari jarak beban dari joint i (ujung awal elemen) terhadap panjang elemen.

b. Dengan jarak absolute (0 < d < L). Jarak absolut ini merupakan jarak beban dari joint i (ujung awal elemen). L adalah panjang elemen.

C. BEBAN MERATA PADA ELEMEN

Beban merata merupakan beban (gaya atau momen) yang bekerja secara continue di suatu panjang elemen. Intensitas beban dapat berupa beban merata persegi maupun beban merata trapesium.

Dalam SAP 2000, panjang elemen yang dikenai beban merata didefinisikan melalui salah satu cara sebagai berikut :

a. Dengan dua jarak relative (0 < dawal < dakhir < 1). Jarak relatif ini merupakan hasil pembagian dari jarak beban dari joint i (ujung awal elemen) terhadap panjang elemen. Parameter ini diisi pada kolom trapezoidal load dan kolom uniform load dibiarkan nilainya sama dengan nol.

b. Dengan dua jarak absolute (0 < dawal < dakhir < L). Jarak absolut ini merupakan jarak beban dari joint i (ujung awal elemen). L adalah panjang elemen. Parameter ini diisi pada kolom trapezoidal load dan kolom uniform load dibiarkan nilainya sama dengan nol.

c. Menentukan nilai dawal = dakhir = 0 pada kolom trapezoidal load dan mengisi suatu besaran/angka pada kolom uniform load mengakibatkan beban bekerja di sepanjang elemen.

(9)

---

LATIHAN 3

1. Klik perintah : new model – Pastikan satuan dalam m – grid only- Isi parameter jumlah dan spasi serta acuan grid koordinat Cartesian sebagai berikut :

2. Tampilkan bidang x-z sebagai default software SAP 2000 untuk analisis dua dimensi.

Gambar elemen frame balok menggunakan perintah Draw Frame/Cable Object.

Berikan perletakan pada dua ujung balok, Klik joint pada ujung balok sebelah kiri >

menu Assign > Joint > Joint Restraint > Pilih perletakan sendi. Dengan cara yang sama beri perletakan pada ujung kanan balok dengan perletakan roll.

3. Klik pada model balok yang sudah dibuat dan lakukan pembebanan pada struktur dengan cara Klik menu Assign > Frame Loads > Distributed. Pastikan unit satuan dalam kN-m.

5 m

(10)

---

4. Untuk mematikan opsi perhitungan otomatis berat sendiri struktur, klik menu Define

> Load Pattern > Ganti Self Wight Multiplier default beban DEAD menjadi 0.

5. Sebelum melakukan analisis struktur, klik menu Analyze > Set Analisis Option >

Lakukan analisis dalam 2 D Plane Frame. Kemudian lakukan analisis struktur, klik

menu Analyze > Run Analysis

(11)

---

6. Setelah analisis struktur selesai dikerjakan. Tampilkan reaksi perletakan dengan cara,

Menu Display > Show Forces/Stresses > Joints. Untuk menampilkan gaya dalam klik

menu Display > Show Forces/Stresses > Frame/Cables

(12)

---

LATIHAN 4

LATIHAN 5

(13)

---

LATIHAN 6

LATIHAN 7

---Selesai ---

(14)

BAGIAN 2

Desain Struktur Beton

Bertulang

(15)

MODUL PELATIHAN SAP 2000 - Bagian 02 “Desain Struktur Beton Bertulang.” Instruktur: Dr. Eng.

--- ---

LATIHAN 1

Balok dua tumpuan sederhana bentang 6 m mempunyai penampang berbentuk persegi panjang dan direncanakan dengan material beton bertulang. Tinggi penampang ditentukan dengan rule of thumb, h = L/12 = 6 m/12 = 500 mm dan lebar penampang b = ½ h = 250 mm. Material yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Beton

Kuat desak beton, fc’ = 25 MPa (K-300) Modulus elastisitas beton, Ec = 4700√fc’ Poisson ratio beton, vc = 0.2

Berat jenis beton, λc = 2400 kg/m³ Baja Tulangan

Tulangan longitudinal/lentur, fy = 400 MPa (BJTD-40) Tulangan transversal/sengkang, fys = 240 MPa (BJTP-24) Modulus elastisitas baja, Es = 200 000 MPa

Poisson ratio baja, vs = 0.3 Berat jenis baja, λs = 7850 kg/m³

Balok direncanakan terhadap beban hidup (LL) = 1500 kg/m dan beban mati tambahan (SIDL) = 500 kg/m. Beban mati sendiri (SL) dihitung secara otomatis oleh software SAP 2000.

GRID SISTEM 1. Klik menu File > New Model

2. Ubah unit satuan dengan satuan panjang dalam m

3. Klik template Grid Only, sehingga muncul kotak dialog New Coordinate/Grid System

6 m 500 mm

250 mm

(16)

--- ---

4. Klik kanan mouse pada layar > Edit Grid Data > Modify/Show System

MENU DEFINE

5. Klik menu Define>Materials>Add New Material>Isikan parameter material beton yang digunakan.

(17)

--- ---

6. Add New Material>Isikan parameter material baja tulangan longitudinal dan yang digunakan.

7. Klik menu Define>Section Properties>Frame Section>Add New Properties>Concrete>Pilih Bentuk

“Rectangular”

(18)

--- ---

8. Klik menu Define>Load Pattern> Definisikan beban LL dan SIDL

9. Klik menu Define>Load Combinations>Add New Combo>

PEMODELAN DAN PEMBEBANAN STRUKTUR Lakukan penggambaran dan pembebanan balok diatas tumpuan sederhana.

(19)

--- ---

ANALISIS STRUKTUR 10. Klik menu Analyze>Set analysis option> Run analysis

MENU DESIGN

11. Klik menu Design>Concrete Frame Design>View/Revise Preferences. SNI 2847-2013 peraturan terkait tentang bangunan beton bertulang mengacu pada ACI 318-99.

12. Klik menu Design>Concrete Frame Design>Select design combos

(20)

--- ---

13. Klik menu Design>Concrete Frame Design>Start design/check structure

14. Klik menu Design>Concrete Frame Design>Display design info untuk menampilkan kebutuhan tulangan longitudinal dan transversal/sengkang.

Kebutuhan Tulangan Longitudinal/Lentur

Kebutuhan Pembulatan

Tumpuan Atas 0 16 200.96 0 2

Tumpuan Bawah 520 16 200.96 2.587579618 3

Lapangan Atas 0 16 200.96 0 2

Lapangan Bawah 973 16 200.96 4.841759554 5

Lokasi Diameter Tulangan Asd [mm²]

As [mm²] [mm] n = As/Asd

(21)

--- ---

Kebutuhan Tulangan Transversal/Sengkang

Kebutuhan Pembulatan

Tumpuan 0.359 8 2 100.48 0.00357285 279.8885794 250

Lapangan 0.359 8 2 100.48 0.00357285 279.8885794 250

Lokasi As

[mm²/mm]

Diameter Tulangan [mm]

Jumlah Kaki

Sengkang Asd [mm²] n = As/Asd […/mm]

Spasi Sengkang

SNI 2847-2013 mempersyaratkan bahwa tulangan sengkang harus dipasang dengan spasi maksimum sebesar “d/2” dimana “d” merupakan tinggi efektif penampang.

(22)

--- ---

LATIHAN 2

Sebuah struktur bangunan sederhana terbuat dari material beton bertulang dan diperhitungkan untuk memikul beban mati (DL), beban mati tambahan (SIDL), beban hujan (R), beban angin (W) serta beban gempa (E).

Untuk Balok, digunakan kuat tekan beton K-250 (fc’ = 20,75 MPa) Untuk Kolom, digunakan kuat tekan beton K-300 (fc’ = 25MPa)

Tulangan Balok dan Kolom meliputi tulangan lentur/longitudinal (fy = 400 MPa) dan tulangan sengkang/geser/transversal/confinement (fy= 240 MPa).

(23)

--- ---

Kombinasi Pembebanan yang digunakan dalam perencanaan struktur yaitu sebagai berikut, COMB 1 = 1,4 (DL+SIDL)

COMB 2 = 1,2 (DL+SIDL) + 1,6 LL + 0.5 R

COMB 3 = 1,2 (DL+SIDL) + 1,0 LL + 1,6 W + 0,5 R COMB 4 = 1,2 (DL+SIDL) + 1,0 LL + 1,0 E

Desain tulangan balok dan kolom menggunakan bantuan SAP 2000 ! Tentukan kebutuhan tulangan berdasarkan lokasi daerah ‘tumpuan’ dan ‘lapangan’ !

-- selesai --

(24)

BAGIAN 3

Desain Struktur Baja

(25)

MODUL PELATIHAN SAP 2000 - Bagian 03 “Desain Struktur Baja.” Instruktur: Dr. Eng. Halwan Alfisa Saifullah ([email protected])

--- ---

Struktur kuda-kuda sederhana panjang bentang 10 m dan tinggi 3 m menggunakan baja profil T sebagai rangka luar dan baja profil siku sebagai rangka dalam. Spesifikasi material dari profil baja yang digunakan yaitu BJ-37 dengan fy = 240 MPa dan fu = 370 MPa. Berat jenis baja konvensional yaitu 7850 kg/m³ dengan poisson ratio diasumsikan sebesar 0.3. Kuda-kuda rangka atap tersebut direncanakan terhadap beban hidup (LL), beban sendiri struktur (SL), beban mati tambahan (SIDL) dan beban angin.

Jarak antar kuda –kuda rangka baja dimisalkan sebesar 4 m, sedangkan kuda-kuda rangka baja yang direncanakan merupakan kuda-kuda tengah karena menerima beban yang paling besar. Berikut denah dari lokasi kuda-kuda rangka baja tersebut :

1. Menu File>New model>Pastikan satuan panjang dalam meter > Grid Only > Isikan parameter jumlah grid sebagai berikut :

posisi kuda- kuda rangka baja posisi kuda- kuda

rangka baja

posisi kuda- kuda rangka baja 4 m

10 m kolom

tributary area kuda-kuda yang

direncanakan

(26)

--- ---

Kemudian tampilkan bidang X-Z sebagai bidang default dalam analisis 2D

2. Menu Define>Materials>Definisikan material dari baja profil seperti pada gambar diatas

3. Ubah unit satuan panjang dalam mm. Menu Define>Section Properties>Frame Section>Add New Property>Steel>Definisikan beberapa profil baja T dan Siku L.

 T.50.100.6.8

 T.62,5.125.6,5.9

 T.75.150.7.10

 L. 25.25.3.3

 L.30.30.3.3

 L.40.40.4.4

 L.45.45.5.5

 L.50.50.5.5

(27)

--- ---

4. Setelah mendefinisikan beberapa profil baja pada SAP 2000, selanjutnya perlu didefinisikan frame auto select agar software dapat mengoptimasi secara otomatis profil yang digunakan sesuai dengan gaya luar yang bekerja pada struktur. Menu Define> Section Properties >Frame Section> Add New Property>Steel>Auto Select List.

(28)

--- ---

(29)

--- ---

5. Menu Define>Load Pattern > Definisikan beban luar yang bekerja pada struktur

6. Menu Define>Load Combination > Definisikan semua kombinasi beban yang akan digunakan dalam perencanaan

U = 1,4 DL

U = 1,2 DL + 1,6 LL

U = 1,2 DL +1,0 LL + 1,6 W

(30)

--- ---

(31)

--- ---

7. Lakukan pemodelan struktur pada layar kerja.

8. Perhatikan bahwa orientasi sumbu lokal rangka atas dan bawah dipasang berlawanan sebagai profil baja T. Sehingga sumbu lokal rangka atas harus diputar.

9. Lakukan release rangka dalam terhadap momen

10. Lakukan pembebanan pada struktur dengan kriteria sebagai berikut : Super Imposed Dead Load (SIDL)

SIDL atap = 50 kg/m² x tributary area

= 50 kg/m² x (2 x sisi miring atap x 4 m) = 50 kg/m² x 2 x 5,83 m x 4 m

= 2332 kg

Kemudian dibagikan sebagai beban terpusat sebagai berikut

(32)

--- ---

SIDL bawah = 20 kg/m² x tributary area

= 20 kg/m² x (2 x sisi horisontal atap x 4 m) = 20 kg/m² x 2 x 5 m x 4 m

= 800 kg

Kemudian dibagikan sebagai beban terpusat sebagai berikut :

Live Load (LL)

Diberikan sebagai beban terpusat sebesar 100 kg pada joint tertentu.

(33)

--- ---

Wind Load (WL)

Berikut merupakan kutipan dari Peraturan Beban Indonesia terkait dengan pembebanan angin :

(34)

--- ---

Sudut atap (α)= arc tan (3 m/5 m) = 30,96^o < 65⁰

 koefisien di pihak angin = 0,02 α – 0,4 = 0,02 x 30,96^o – 0,4 = 0,22 (tiup)

 koefisien di belakang angin = 0,4 (hisap)

Beban angin diasumsikan sebesar 25 kg/m²

 beban angin di pihak angin = 25 kg/m² x 0,22 x tributary area

= 25 kg/m² x 0,22 x (sisi miring atap x 4 m) = 5,5 kg/m² x( 5,83 m x 4 m)

= 128,26 kg

beban angin didefinisikan bekerja tegak lurus atap, sehingga beban diatas harus diproyeksikan sebagai Wx = 128,26 sin(α) = 65,98 kg dan Wz = 128,26 cos(α) = 109,98 kg

 beban angin di belakang angin = 25 kg/m² x 0,4 x (sisi miring atap x 4 m) = 10 kg/m² x ( 5,83 m x 4 m)

= 233,2 kg

beban angin didefinisikan bekerja tegak lurus atap, sehingga beban diatas harus diproyeksikan sebagai Wx = 233,2 sin(α) =119,96 kg dan Wz = 233,2 cos(α) = 199,97 kg

(35)

--- ---

Kemudian dibagikan sebagai beban terpusat sebagai berikut :

11. Lakukan analisis 2D pada SAP 2000

12. Untuk melakukan proses desain struktur baja, sebelumnya acuan desain harus disesuaikan dengan SNI 1729-2015 yang isinya mirip dengan AISC 360-10. Klik menu Design > Steel Frame Design > View/Revise Preferences

13. Masukkan kombinasi beban yang akan digunakan dalam desain struktur baja. Klik menu Design

> Steel Frame Design > Select Design Combos

14. Klik menu Design > Steel Frame Design > Start Design/Check Structure.

(36)

--- ---

15. Jika profil penampang yang didefinisikan sebelumnya tidak bisa memikul gaya luar yang bekerja, maka definisikan kembali profil baja yang lebih besar dan lakukan desain ulang. Begitu juga dengan sebaliknya jika profil terkecil dirasa masih terlalu boros maka definisikan lagi profil yang lebih kecil.

16. Sebagai catatan, penggunaan auto select list hanya untuk optimasi struktur. Pada umumnya, perencana struktur menseragamkan kebutuhan penampang hanya menjadi beberapa jenis profil saja untuk mempermudah pekerjaan di lapangan.

---selesai---

(37)

BAGIAN 4

Section Designer, Penampang Non Prismatis, dan Shell

ELement

(38)

MODUL PELATIHAN SAP 2000 - Bagian 04 “Section Designer, Penampang Non Prismatis dan Shell Element.” Instruktur: Dr. Eng. Halwan Alfisa Saifullah ([email protected])

--- ---

PEMODELAN MENGGUNAKAN SECTION DESIGNER

CSID window merupakan window untuk mendefinisikan penampang secara manual. Grid yang ada pada CSID window dapat kita ubah sesuai dengan keperluan.

LATIHAN 1

1. Klik menu File > New Model > Grid Only > Isi parameter jumlah dan spasi garis bantu grid dengan nilai sembarang.

2. Klik menu Define > Add New Material. Definisikan material beton dan baja tulangan sebagai berikut :

3. Klik menu Define > Frame Section > Add New Property > Other > Section Designer

(39)

--- ---

4. Kondisikan menggunakan unit panjang dalam satuan meter. Pada lembar kerja CSID klik menu Option > Preferences

Background Guideline Spacing yaitu spasi antar garis grid tebal pada lembar CSID. Fine grids between guidelines yaitu jumlah garis grid halus pada lembar CSID. Sehingga perintah diatas dapat diartikan bahwa jarak antar grid tebal adalah 1 m dan jarak antar grid halus yaitu 1 m/10

= 0,1 m atau 100 mm.

5. Gambar penampang trapesium menggunakan perintah Draw Polygon Shape pada toolbars menu sisi kiri layar.

(40)

--- ---

Klik kanan pada penampang trapesium yang telah dibuat. Ubah parameter default material dan reinforcing. Model kurva tegangan vs regangan beton dan baja tulangan dapat diperlihatkan sebagai berikut :

6. Setelah penampang trapesium beserta baja tulangannya tergambar, maka dapat ditampilkan kurva interaksi Aksial (P) vs Momen (M) kolom dan momen kurvatur-nya

(41)

--- ---

LATIHAN 2

Rencanakan penampang berikut menggunakan fasilitas section designer. Untuk mendefinisikan dimensi dari tulangan lakukan Klik Menu Define > Section Properties > Reinforcement Bar Size >

Tambahkan ukuran diameter yang akan digunakan pada penampang kolom rencana.

(42)

--- ---

LATIHAN 3

300 mm

(43)

--- ---

LATIHAN 4

PENAMPANG NON PRISMATIS

Penampang non prismatis merupakan penampang yang memiliki nilai yang tidak konstan sepanjang sumbu utama elemen. Penampang prismatis dapat dibangun dari dua atau lebih penampang prismatis dengan perubahan kekakuan lentur (bending) sebagai berikut :

a. Linier : nilai EI33 bervariasi secara linier sepanjang segmen.

b. Parabolic : Nilai ²√𝐸𝐼33 bervariasi secara linier sepanjang segmen.

c. Cubic : Nilai √𝐸𝐼³ 33 bervariasi secara linier sepanjang segmen.

Kekakuan lentur (bending) pada bidang 1-2, EI22 mengikuti kaidah yang sama dengan yang sama EI33.

(44)

--- ---

LATIHAN 5

1. Klik menu File > New Model > Grid Only > Isi parameter jumlah dan spasi garis bantu grid.

2. Klik menu Define > Frame Sections > Add New Property > Concrete > Buat penampang balok B- 100x200. Lakukan hal yang sama juga untuk penampang balok B-200x400 serta penampang kolom K-300x300 dan K-400x400

(45)

--- ---

3. Klik menu Define > Frame Section > Add New Property > Other > Non Prismatic. Buat penampang prismatis balok dengan melakukan input parameter sebagai berikut :

Lakukan hal yang sama untuk penampang non prismatis kolom.

Length Type dapat dipilih dalam bentuk variabel (rasio terhadap panjang elemen) maupun absolut (nilai aktual dari panjang segmen).

4. Lakukan pembebanan titik sebesar 0,5 kN pada pertemuan dua balok non prismatis.

5. Klik menu Analyze > Run Analysis > Pastikan tidak ada error yang terjadi 6. Tampilkan gaya-gaya dalam dan reaksi perletakan yang terjadi.

7. Untuk memperlihatkan bentuk elemen struktur dengan penampang non prismatis maka Klik Set Display Option (CTRL+D) > Chek list pada option Extrude View.

(46)

--- ---

SHELL ELEMENT

Elemen shell adalah elemen bidang yang memiliki kemampuan elemen membran dan plate sekaligus. Pada elemen membran hanya gaya-gaya sebidang dan momen yang berputar pada sumbu tegak lurus bidang yang diperhitungkan pada analisis. Sebaliknya pada pada elemen plate gaya-gaya yang tegak lurus bidang dan momen yang berputar pada sumbu searah bidang yang diperhitungkan dalam analisis.

Pada formulasi ketebalan dikenal “thick-plate” untuk formulasi yang memperhitungkan deformasi geser dan “thin-plate” untuk formulasi yang mengabaikan deformasi geser.

(47)

--- ---

LATIHAN 6

1. Klik menu File > New Model > Grid Only > Ubah satuan panjang dalam meter > Isi parameter jumlah dan spasi garis bantu grid.

(48)

--- ---

MENU DEFINE 2. Klik menu Define>Material>Add new material

3. Klik menu Define>Section Properties>Frame Sections>Definisikan penampang balok dan kolom.

(49)

--- ---

4. Klik menu Define>Section Properties>Area Sections>Add New Section>Definisikan parameter pelat

5. Klik menu Define>Load Pattern

(50)

--- ---

6. Klik menu Define>Load Combination

PEMODELAN STRUKTUR

7. Lakukan pemodelan struktur berdasarkan penampang balok, kolom dan pelat yang sudah didefinisikan. Lakukan “meshing area” misalkan dengan ukuran 0.5x0.5 m untuk menjamin terdistribusinya gaya-gaya dengan baik terutama ke balok-balok penumpu di sekitar pelat.

Catatan : “meshing area” merupakan sebuah upaya mencari konvergensi nilai dari hasil analisis menggunakan elemen shell.

(51)

--- ---

8. Lakukan pembebanan pada pelat sebagai berikut,

ANALISIS STRUKTUR 9. Klik menu Anayze>Run Analysis

(52)

--- ---

LATIHAN 7

Tegangan aktif tanah pada elevasi dasar retaining wall diasumsikan sebagai berikut,

a v a a

2 a

σ = σ .K - 2.c. K σ = 175 kN/m

Pemodelan, pembebanan dan analisa struktur dinding penahan tanah berdasarkan data-data diatas dilakukan menggunakan bantuan software program SAP 2000 v 14.0 yang berbasis pada penyelesaian analisa struktur menggunakan metode elemen hingga.

1. Klik menu File > New Model

2. Unit panjang menggunakan satuan m, pilih wall template.

3. Isi parameter dinding sebagai berikut,

4. Klik menu Define > Materials > Add new material

(53)

--- ---

5. Klik menu Define > Section Properties > Area Sections > Add New Section

6. Pastikan bahwa perletakan dasar dinding dan samping dinding sampai elevasi 5,5 m merupakan jepit.

7. Ctrl+A untuk memilih semua elemen struktur yang telah tergambar > Assign > Area > Section >

Pilih “DINDING”

8. Klik menu Define > Joint Patterns

(54)

--- ---

9. Klik menu Define > Load Patterns

10. Ctrl+A untuk memilih semua elemen struktur yang telah tergambar > Assign > Joint Patterns.

(55)

--- ---

11. Ctrl+A untuk memilih semua elemen struktur yang telah tergambar > Assign > Area > Area Loads > Surface Pressure (All)

12. Klik perintah Run Analysis. Pastikan tidak ada error yang terjadi.

13. Untuk perencanaan tulangan lentur arah sumbu lokal 1, Mu = M11+M12. Untuk perencanaan tulangan lentur arah sumbu lokal 2, Mu = M22+M12

-- selesai --

(56)

BAGIAN 5

Pemodelan dan Analisis

3 Dimensi

(57)

Modul Pelatihan SAP2000-Bagian 5

"Pemodelan dan Analisis 3D"

Program Studi Teknik Sipil-Universitas

Sebelas Maret 1

Pemodelan Struktur

Menggunakan SAP 2000

Departemen Teknik Sipil- Universitas Sebelas Maret Perancangan Struktur Beton

1

File Penunjang

2

Jika Anda tertinggal dalam proses pelatihan ini, silakan buka file model SAP 2000 pada sesi

terdekat…

(58)

Modul Pelatihan SAP2000-Bagian 5

Sebelas Maret 2

1. Preliminary Design

3

Deskripsi Gedung

• Sebuah gedung perkantoran 5 lantai direncanakan akan dibangun pada suatu lokasi daerah rawan gempa menggunakan material beton bertulang dengan spesifikasi kuat tekan beton f

_c

’ = 30 Mpa dan kuat leleh baja tulangan f

_y

= 400 Mpa.

4

(59)

Sebelas Maret 3

Deskripsi Gedung

Gambar. Layout lantai tipikal bangunan ⁵

Pembebanan Struktur

• Pembebanan yang digunakan dalam melakukan analisis struktur sesuai dengan kriteria desain. Beban-beban ini sesuai dengan Pedoman Pembebanan Indonesia untuk rumah dan gedung (SKBI-1987) dan fungsi dari masing- masing elemen struktur.

• Jenis beban yang diperhitungkan:

1. Beban Sendiri (Self Weight Load,

SW)

2. Beban Mati Tambahan (Super Imposed Dead Load,

SIDL)

3. Beban Hidup (Live Load,

LL)

4. Beban Gempa (Earthquake,

E)

6

(60)

Sebelas Maret 4

1. Beban Sendiri (Self Weight Load, SW)

• Berat sendiri adalah berat sendiri elemen struktur yaitu balok, kolom, dan pelat yang menggunakan material beton bertulang. Namun berat sendiri ini belum termasuk beban partisi/tembok dan beban mati tambahan lainnya.

Proses perhitungan otomatis berat sendiri struktur dapat dilakukan oleh

software

SAP 2000.

7

2. Beban Mati Tambahan (Super Imposed Dead Load, SIDL)

• Komponen gedung yang diperhitungkan sebagai beban mati tambahan adalah beban partisi/tembok, plesteran keramik, plafon dan mechanical electrical. Beban SIDL selain beban tembok diambil sebesar:

 Lantai 1– Lantai 2 : 100 kg/m²

 Lantai Atap : 75 kg/m²

• Pada pemodelan struktur menggunakan software SAP 2000 , beban dinding juga dapat diaplikasikan sebagai beban garis pada balok. Misalkan digunakan batako dengan ekivalen beban sebesar 200 kg/m²dan tinggi efektif dinding (dikurangi opening) 3 m, beban dinding dapat dihitung sebagai 200 kg/m²x 3 m = 600 kg/m.

8

(61)

Modul Pelatihan SAP2000-Bagian 5

Sebelas Maret 5

3. Beban Hidup (Live Load, LL)

• Beban hidup tiap lantai disesuaikan dengan fungsi dan peruntukannya. Berdasarkan peraturan yang digunakan, maka beban hidup diambil sebagai berikut :

 Lantai 1 – Lantai 9 : 250 kg/m

²

 Lantai Atap : 100 kg/m

²

 Tangga : 300 kg/m

²

9

4. Beban Gempa (Earthquake, E)

• Bangunan diasumsikan berada di daerah rawan gempa dengan nilai parameter pergerakan tanah

S_S= 0.68 g

dan

S₁ = 0.37 g. Berdasarkan jenis pemanfaatannya,

faktor keutamaan gedung diambil sebesar I = 1.0.

Sistem Struktur Pemikul Momen Khusus (SRPMK) kemudian dipakai sebagai sistem struktur gedung penahan gaya lateral gempa untuk kedua arah sumbu utama denah bangunan. Sistem struktur ini memiliki koefisien modifikasi respon

(R) maksimum sebesar 8.0;

faktor kuat lebih sistem

(Ω₀) 3.0; dan faktor pembesaran

defleksi

(C_d) 5.5

berdasarkan SNI 1726-2012.

10

(62)

Sebelas Maret 6

4. Beban Gempa (Earthquake, E)

Koefisien gempa untuk struktur gedung (Tabel 20 SNI 1726-2012)

11

Penentuan Dimensi Elemen Struktur

1. Balok Induk

Balok merupakan elemen struktur pemikul momen yang berfungsi mentransfer beban dari pelat ke kolom. Dimensi tinggi balok induk ditentukan berdasarkan rule of thumb sebagai berikut : h = . Untuk bentang antar kolom 8 m, maka tinggi balok induk = 8000 mm/12 = 666,67 ~ 700 mm. Lebar balok diambil = h/2 = 700 mm/2 = 350 mm. B1-350x700 mm

12

(63)

Modul Pelatihan SAP2000-Bagian 5

Sebelas Maret 7

Tebal minimum balok non-prategang atau pelat satu arah bila lendutan tidak dihitung (Tabel 9.5 (a) SNI 2847 2013)

13

2. Balok Anak

Dimensi tinggi balok anak ditentukan berdasarkan rule of thumb sebagai berikut : h = . Untuk bentang antar balok induk 8 m, maka tinggi balok anak = 8000 mm/16 = 500 mm. Lebar balok diambil = h/2 = 500 mm/2 = 250 mm. B2-250x500 mm

14

(64)

Sebelas Maret 8

Penentuan Dimensi Elemen Struktur

3. Balok Dak Atap dan Sloof

Beban atap dak lebih kecil daripada beban lantai, sehingga dimensi balok dak ditetapkan lebih kecil daripada dimensi balok lantai yaitu BD1-300x600 dan BD2-250x500. Sebagai pengikat struktur diatas tanah digunakan sloof SL1-300x600 dan SL2-250x500. Sloof ini diharapkan dapat menahan beban dinding diatasnya serta meningkatkan kekuatan serta kekakuan lentur pondasi.

15

4. Pelat

Pelat yang digunakan merupakan pelat dua arah. Pelat dua arah memiliki kelebihan diantaranya dalam hal kekakuan lantai yang lebih besar dalam dua arah pembebanan gempa.

Meskipun begitu, perencana struktur juga biasa menggunakan tipe pelat satu arah untuk menghemat volume tulangan dalam arah tertentu. Dimensi pelat dua arah ditentukan berdasarkan rule of thumb sebagai berikut : ℎ = . Untuk bentang pelat diantara pendukungnya sebesar 4 m, maka tebal pelat = 4000 mm/30 = 130 mm.PL1-130 mm.

Pelat atap diasumsikan memiliki beban yang lebih ringan daripada pelat lantai. Dimensi tinggi pelat atap diambil sebagai PL2-120 mm.

16

(65)

Modul Pelatihan SAP2000-Bagian 5

Sebelas Maret 9

Tebal minimum pelat dua arah tanpa balok interior (Tabel 9.5 (c) SNI 2847 2013)

17

Untuk kondisi pelat selain nya diatur dalam pasal berikutnya. Dalam tugas besar perancangan struktur beton, estimasi tinggi pelat harus memperhitungkan kaidah Pasal 9.5.3.3 SNI 2847-2013 untuk pelat dua arah (tidak cukup menggunakanrule of thumb yang diberikan pada sesi workshop ini)

Penentuan Dimensi Elemen Struktur

18 Lendutan izin maksimum yang dihitung (Tabel 9.5 (b) SNI 2847-2013)

(66)

Sebelas Maret 10

5. Kolom

Kolom merupakan elemen vertikal yang menerima transfer beban dari pelat dan balok, kemudian meneruskannya ke tanah melalui kontruksi pondasi.

Gaya aksial yang bekerja pada kolom dikondisikan memiliki nilai >> 0.1 Ag fc’ . Perkiraan gaya aksial kolom dapat diperoleh dari hasil running analysis software SAP 2000 dengan dimensi kolom yang diasumsikan terlebih dahulu.

19

5. Kolom

dimana P_u= gaya aksial kolom terfaktor (sudah memperhatikan faktor reduksi beban hidup berdasarkan jumlah lantai yang dipikul); fc’ = kuat tekan beton; a

= dimensi kolom persegi. Kekakuaan kolom antar lantai terdekat dikondisikan tidak memiliki perbedaaan kekakuan lentur yang signifikan dalam menahan beban gempa (FEMA 310/356).

Pu fc' amax = {Pu/(0.1 fc')}^1/2aestimasi = {Pu/(0.3 fc')}^1/2 apakai

kN Mpa mm mm mm

K1-650x650 4144 30 1175 679 650

K2-600x600 3236 30 1039 600 600

K3-550x550 2355 30 886 512 550

K4-500x500 1485 30 703 406 500

K5-450x450 619 30 454 262 450

Jenis Kolom

20

(67)

Modul Pelatihan SAP2000-Bagian 5

Sebelas Maret 11

2. Parameter Desain

21

Grid Lines

1. Klik menu File > New Model

2. Ubah unit satuan dengan satuan panjang dalam meter (m)

3. Klik template Grid Only, sehingga muncul kotak dialog New Coordinate/Grid System

4. Isikan jumlah garis grid dan spasi antar grid serta tetapkan titik origin sumbu global pada koordinat (x,y,z) = (0,0,0)

5. Klik kanan mouse pada layar > Edit Grid Data > Modify/Show System 6. Lakukan pengeditan grid sesuai dengan denah gedung yang telah diberikan

1-3

22

File model 01

(68)

Sebelas Maret 12

Grid Lines

4 5

23

Material dan Penampang

1. Klik menu Define>Materials> Add New Material.Isi spesifikasi material beton yang digunakan. Berat jenis beton = 2400 kg/m³; f_c’

= 30 Mpa; E_c= 25740 Mpa; poisson ratio 0.2

2. Klik menu Define>Materials> Add New Material.Isi spesifikasi material baja tulangan longitudinal yang digunakan. Berat jenis baja = 7850 kg/m³; f_y= 400 MPa; E_s= 200 000 Mpa; poisson ratio

= 0.3.

3. Klik menu Define> Section Properties > Frame Section > Add New Property > Concrete > Rectangular. Satuan panjang yang dipakai - m. Isi spesifikasi balok B1-350x700. Pada Concrete Reinforcement data, masukkan spesifikasi tulangan dan selimut/cover beton yang digunakan. Pada Property Modifier, masukkan nilai inersia efektif penampang.

24

(69)

Modul Pelatihan SAP2000-Bagian 5

Sebelas Maret 13

Kekakuan EI yang digunakan dalam analisis yang dipakai untuk desain kekuatan harus mewakili kekakuan komponen struktur sesaat sebelum kegagalan (Purwono, dkk - 2009).

SNI 2847-2012 memberikan inersia efektif yang boleh digunakan untuk komponen- komponen struktur pada bangunan yang ditinjau.

Pada umumnya, nilai momen inersia penampang balok T utuh dapat diambil sebesar dua kali inersia penampang utuh badan penampang. Dengan demikian, bila dalam analisis elemen struktur balok dimodelkan sebagai balok dengan penampang persegi, maka nilai persentase efektivitas penampang dapat diambil sebesar 2 x 35% = 70% (Imran, 2010)

1 2

3(a)

3(b)

Reinforcement Overrides for Ductile Beams digunakan untuk perhitungan persyaratan detailing gempa SRPMM dan SRPMK yaitu dengan memasukkan luasan tulangan pada ujung balok.

25

Material dan Penampang

Momen Inersia penampang (SNI 2847 2013)

26

(70)

Sebelas Maret 14

4. Lakukan hal yang sama untuk jenis balok yang lain.

5. Klik menu Define> Section Properties > Frame Section > Add New Property. Satuan panjang yang dipakai - m. Isi spesifikasi kolomK1-650x650.

6. Lakukan hal yang sama untuk jenis kolom yang lain.

5(a)

5(b)

5(c)

27

Material dan Penampang

7. Klik menu Define> Section Properties > Area Section > Add New Section. Satuan panjang yang dipakai - mm. Isi spesifikasi pelatPL-130

8. Lakukan hal yang sama untuk pelat yang lain.

9. Klik menu Define> Load Patterns > Definisikan semua beban static

7

Elemen shelladalah elemen bidang yang memiliki kemampuan elemenmembrandan plate sekaligus. Pada elemen membran hanya gaya-gaya sebidang dan momen yang berputar pada sumbu tegak lurus bidang yang diperhitungkan pada analisis.

Sebaliknya pada pada elemenplategaya- gaya yang tegak lurus bidang dan momen yang berputar pada sumbu searah bidang yang diperhitungkan dalam analisis.

Pada formulasi ketebalan dikenal “thick- plate” untuk formulasi yang memperhitungkan deformasi geser dan

“thin-plate” untuk formulasi yang

mengabaikan deformasi geser. 28

File model 02

(71)

Sebelas Maret 15

Load Pattern

9. Klik menu Define> Load Patterns > Definisikan semua beban static

Secara default program SAP 2000 otomatis akan menghitung berat sendiri struktur berdasarkan info luas penampang elemen dan berat jenis material yang dipakai. Selanjutnya, beban akibat berat sendiri dikelompokkan dalamstatic load casepertama yaitu DEAD. Jika nilai selfweight multiplier= 0, maka perhitungan berat sendiri struktur tidak akan dilakukan oleh program. Dalam pelatihan ini, diinginkan program SAP 2000 menghitung berat sendiri struktur.

SNI 1726-2012 memperkenalkan dua jenis metode analisis gempa yaitu metode analisis statik (equivalent static analysis) dan metode analisis dinamik (respons spectrum analysisdantime history analysis). Pada load pattern di atas haya beban statik yang dapat didefinisikan termasuk beban gempa statik ekivalen. Beban gempa dinamik akan dibahas pada langkah selanjutnya.

9

29

Load Pattern

Nilai parameter periode pendekatan (Tabel 15 SNI 1726-2012)

Koefisien untuk batas atas pada periode yang dihitung (Tabel 14 SNI 1726-2012)

30

(72)

Sebelas Maret 16

Load Pattern

31

Load Pattern

• Jika T yang lebih akurat dari analisis komputer (i.e. T

_c

) dimiliki, maka:

 Jika T

_c

> C

_u

T

_a

 gunakan T = C

_u

T

_a

 Jika T

_a

< T

_c

< T

_u

C

_a

 gunakan T = T

_c

 Jika T

_c

< T

_a

 gunakan T = T

_a

• Dipakai T = C

_u

T

_a

= 0.967 s

32

(73)

Sebelas Maret 17

Load Pattern

9

EX_STATIK EY_STATIK

33

Functions

10. Klik menu Define > Functions > Response Spectrum > User Spectrum > Add New Function.Masukkan data respon spektrum berdasarkan nilai S_s, S₁ dan kelas situs. Untuk struktur beton bertulang dengan memperhatikan retak maka nilai redaman yang direkomendasikan adalah 3-5% (Chopra, 2000).

10

34

File model 03

(74)

Sebelas Maret 18

Mass Source

11. Klik menu Define >Mass Source.Gaya gempa merupakan gaya inersia yang merupakan fungsi dari parameter massa dan percepatan gempa. Gaya gempa merupakan gaya inersia yang

melibatkan percepatan gempa dan massa struktur. Massa struktur pada waktu gempa berasal dari beban mati dan beban hidup struktur. Peraturan Beban Indonesia menerapkan faktor reduksi beban hidup yang diikutsertakan dalam massa struktur pada saat peninjauan gaya gempa.

Peraturan diatas dapat dipahami bahwa untuk kondisi terjadinya gempa maka beban hidup (LL, misalnya manusia) akan berkurang daripada saat gedung dalam kondisi layan.

Peraturan diatas merupakan peraturan lama yang berlaku di Indonesia. Dalam perkembangannya, perencana struktur biasa mengambil beban hidup maksimum sebesar 25% sebagai sumber massa gempa dengan mengacu pada peraturan yang berkembang saat ini.

35

Mass Source

11

From element and additional masses: massa struktur didefinisikan dari berat sendiri struktur, danadditional masses yang dapat berupajoint mass, line massdanarea mass.

From loads :massa struktur didefinisikan dari semua beban yang arahnya searah dengan gravitasi dan akan dibagi dengan nilai percepatan gravitasi

From element and additional masses and loads: merupakan gabungan dari dua option sebelumnya

36

(75)

Modul Pelatihan SAP2000-Bagian 5

Sebelas Maret 19

Load Case

12. Klik menu Define> Load Case>Add New Load Case. Untuk mempermudah input kombinasi pembebanan, sebaiknya beban- beban yang termasuk dalam beban mati (DL) digabung dalam satu load case. Beban mati (DL) terdiri dari DEAD atau berat sendiri struktur, SIDL dan beban DINDING.

12

37

Load Case

13. Klik menu Define> Load Case