Dasar-dasar Sap 2000

14
MODUL SAP2000 v11 Pedoman Analisa Struktur dengan SAP2000 PUSAT STUDI KONSTRUKSI INDONESIA (PUSKI) – ITS Gedung Research Centre R. 109, Jl. Teknik Kimia Kampus ITS Sukolilo Surabaya - INDONESIA

Transcript of Dasar-dasar Sap 2000

Page 1: Dasar-dasar Sap 2000

MODUL SAP2000 v11

Pedoman

Analisa Struktur

dengan SAP2000

PUSAT STUDI KONSTRUKSI INDONESIA(PUSKI) – ITS

Gedung Research Centre R. 109,Jl. Teknik Kimia Kampus ITS Sukolilo

Surabaya - INDONESIA

Page 2: Dasar-dasar Sap 2000

Modul SAP2000 v 11 2008

BAB I

PENGENALAN DASAR ANALISA SAP2000

1.1 Sejarah Program SAP2000

SAP2000 merupakan program analisa struktur yang dikembangkan oleh

perusahaan software Computers and Structures Incorporated (CSI) yang

didirikan oleh Ashraf Habibullah di Barkeley, California, Amerika Serikat .

Adapun program ini berawal dari penelitian dan pengembangan riset oleh Dr

Edward L Wilson pada tahun 1970 di University Of California. SAP2000 sendiri

merupakan program versi terakhir yang paling lengkap dari seri – seri

program analisa struktur SAP seperti SAP80 maupun SAP90.

1.2 Speasialis Fungsi dari Program Yang Dikembangkan Oleh CSI

Selain SAP2000, CSI juga mengembangkan dua program analisa struktur

lainnya yaitu ETABS dan SAFE yang mana masing-masing program tersebut

memiliki karakteristik kegunaan masing-masing. Program SAP2000 secara

khusus dikembangkan untuk analisa struktur seperti jembatan, bendungan,

Stadion dan bangunan – bangunan industri. Program ETABS digunakan khusus

untuk analisa struktur high rise building seperti bangunan perkantoran,

bangunan apartemen dan rumah sakit. Sedangkan program SAFE digunakan

untuk analisa struktur lantai dan pondasi beton dengan efisiensi yang tepat

dan kekuatan yang maksimal.

1.3 Program SAP2000 ver 11.0.8

Program SAP2000 ver 11.0.8 merupakan versi keluaran terbaru dari

SAP2000. Program ini dapat digunakan untuk analisa struktur mulai dari

struktur yang bersifat linear hingga nonlinear. Selain itu, SAP2000 juga

menyediakan fasilitas desain bangunan yang didukung oleh berberapa

standar perencaanaan Internasional seperti ACI, AASTHO, dan EUROCODE.

Untuk analisa dinamis, disediakan jenis analisa seperti respon spectrum dan

time history yang didukung dengan penyediaan data percepatan gempa yang

berskala tinggi dalam file format text (*.txt).

Pusat Studi Konstruksi (PUSKI) - ITS Hal 1

Page 3: Dasar-dasar Sap 2000

Modul SAP2000 v 11 2008

Selain beberapa analisa desain di atas, SAP2000 juga menyediakan

beberapa modul – modul tambahan seperti Brigde Modeler, Stage

Construction, dan OffShore Analysis. Yang mana modul – modul tersebut

dapat diaktifkan dengan membayar biaya pengaktifan kepada CSI.

Pusat Studi Konstruksi (PUSKI) - ITS Hal 2

Page 4: Dasar-dasar Sap 2000

Modul SAP2000 v 11 2008

BAB II

KONSEP – KONSEP DASAR

ANALISA STRUKTUR SAP 2000

2.1 PRINSIP DASAR PERMODELAN STRUKTUR

Meskipun sekarang seluruh perhitungan analisa struktur dapat dilakukan

dengan program computer, akan tetapi dasar – dasar mekanika teknik bagi

setiap engineer sangat mutlak dibutuhkan sebagai pembanding dalam

melakukan analisa struktur dengan program komputer. Hal ini dikarenakan

para developer dari program analisa struktur tidak mau bertanggungjawab

atas pemakaian program yang tidak benar, itu dapat dilihat dari berbagai

disclaimer yang dinyatakan pada setiap manualnya.

Gambar 2.1. Disclaimer dari program SAP2000, ETABS, SAFE

Untuk memakai program dengan benar, maka perlu dipahami latar

belakang teori yang dipakai program serta opsi – opsi program yang

digunakan termasuk input data yang tepat. Selain itu juga perlu mengetahui

sejumlah solusi yang dihasilkan apakah masih dapat diterima. Sebagai contoh

terjadi lendutan yang cukup besar namun tidak ada warning dari hasil analisa

program, dengan ini apakah hasil analisa program dapat dipercaya?

Dalam memodelkan struktur, sebaiknya para engineer mengikuti

beberapa petunjuk sebagai berikut :

Jangan terlalu rumit dari yang diperlukan. Jika dapat dibuat model yang

simple tetapi representatf, maka umumnya itu akan berguna.

Pusat Studi Konstruksi (PUSKI) - ITS Hal 3

Page 5: Dasar-dasar Sap 2000

Modul SAP2000 v 11 2008

Jangan berkeinginan membuat model secara keseluruhan dengan

ketelitian yang sama untuk setiap detail yang diinginkan

Apakah model sederhana masih representatif, maka perlu mengetahui

perilaku struktur pada kondisi sebenarnya. Tak ada jaminan bahwa

banyak faktor maka hasilnya akan semakin baik. Contoh : jika deformasi

lentur dihitung pada struktur truss (rangka batang) maka batangnya

perlu ukuran yang lebih besar untuk menahan aksial dan lentur sekaligus

(lebih boros).

Jangan langsung percaya pada hasil keluaran komputer, kecuali telah

dilakukan validasi – validasi yang lebih teliti dan ketat (apriori).

Meskipun sudah ada validasi – validasi yang ketat, jangan terlalu percaya

dulu. Lihat apakah asumsi – asumsi yang dipakai dalam pembuatan model

analisis sudah logis dan mewakili kondisi yang sebenarnya (real).

2.2 Permodelan Struktur dan Analisanya

Tahap awal sebelum dilakukan analisa struktur adalah membuat model

struktur. Permodelan struktur tidak terbatas pada penyiapan data, tetapi

model harus disesuaikan dengan problem yang dianalisis, apakah itu

tegangan, thermal atau apa saja. Sehingga pembuatan model harus

memahami permasalahan yang akan diselesaikan dan disertai dengan

parameter – parameter yang berhubungan dengan permasalahan tersebut.

Berberapa pendekatan dalam analisa model struktur untuk mengetahui

perilaku pemberian beban dapat dikategorikan sebagai berikut

2.2.1 Linear – elastik

Permodelan linear elastic berarti hubungan antara beban dan deformasi

bersifat linear/proporsional. Selain jika struktur diberi beban akan

berdeformasi dan akan kembali ke posisi awal jika pembebanan tersebut

dihilangkan. Ciri – ciri penyelesaian permodelan linier – elastic adalah slope

deflection , Cross dan Metode Matrik Kekakuan.

2.2.2 NonLinear

Permodelan Non Linear berarti menunjukkan bahwa perilaku beban dan

deformasi tidak proporsional. Deformasi pada suatu kondisi beban tidak bisa

Pusat Studi Konstruksi (PUSKI) - ITS Hal 4

Page 6: Dasar-dasar Sap 2000

Modul SAP2000 v 11 2008

digunakan untuk memprediksi deformasi pada kondisi beban lain hanya

dengan mengetahui ratio beban – beban tersebut.

Umumnya analisa non-linear digunakan untuk mengetahui perilaku

struktur terhadap pembebanan yang memnyebabkan persyaratan linear

elastic tidak terpenuhi seperti perilaku keruntuhan struktur akibat beban

gempa. Apakah keruntuhan yang terjadi merupakan keruntuhan daktail atau

getas.

Kondisi yang menyebabkan struktur berperilaku non linear adalah

Non-Liniear geometri : P – Δ efek

Non-Linear material : Plastis

Non-Linear tumpuan : gap

2.3 Analisa Struktur Berbasis Numerik

Sifat struktur real tentu berbeda – beda, umunya dapat difokuskan pada

sifat – sifat domain yang ada mulai dari kondisi tumpuan (tanah/pondasi ),

cara penyaluran beban (lentur atau aksial atau keduanya), maupun sifat fisik

struktur itu sendiri, batang sendiri atau bidang solid 3 dimensi.

Tanah pondasi

Struktur

PAt

Struktur

Tumpuan Rigid

P

Diskretasi Model

1

2

3

At = P

A3

A2

A1

Representasi Fisik Model MEH

Gambar 2.2. Tahapan umum dalam permodelan struktur

Gambar 2.2 di atas memperlihatkan proses permodelan tiang non –

prismatis dengan beban sentris terpusat. Mula – mula tanah pondasi dapat

dianggap sebagai tumpuan rigid karena hanya menahan gaya aksial.

Anggapan tersebut belum tentu benar jika beban yang bekerja adalah

eksentrisitas hingga timbul momen guling.

Kondisi tiang non – prismatis selanjutnya didekati sebagai tiang – tiang

prismatis yang ukurannya bervariasi dari bawah ke atas. Semakin banyak

tiang – tiang prismatis yang digunakan, maka perilakunya akan semakin

mendekati kondisi tiang yang sebenarnya.

Pusat Studi Konstruksi (PUSKI) - ITS Hal 5

Page 7: Dasar-dasar Sap 2000

Modul SAP2000 v 11 2008

Selanjutnya tiang – tiang prismatis akibat beban terpusat hanya akan

mengalami deformasi aksial saja. Sehingga bila tiang prismatis tersebut

dimodelkan sebagai elemen satu dimensi masih memungkinkan. Adapun

parameter geometri yang dominan adalah luasan (A) dan panjang (L)

penampang tiang prismatis

Adapun elemen satu dimensi pada program SAP 2000 adalah elemen

frame. Namun, dalam kenyataanya tidak semua struktur selalu dapat

dimodelkan sebagai elemen satu dimensi. Sehingga untuk kasus – kasus

tertentu, diperlukan model elemen dua dimensi atau bahkan tiga dimensi

(a) (b)

Gambar 2.3. Permodelan 3 dimensi (a) Tower dan (b) Gedung 3 lantai

Selanjutnya akan diberikan berberapa asumsi yang perlu diketahui dalam

menganalisa struktur dengan program SAP200

2.4 Sistem Koordinat

Setiap model struktur menggunakan koordinat yang berbeda untuk

menentukan joint dan arah beban, displacement, gaya dalam dan tegangan.

Pengetahuan tentang sistem koordinat ini sangat penting bagi pengguna

karena untuk menentukan model dan menginterperasikan hasil – hasil

keluaran dari program, pengguna harus memahami sistem koordinat ini.

Pusat Studi Konstruksi (PUSKI) - ITS Hal 6

Page 8: Dasar-dasar Sap 2000

Modul SAP2000 v 11 2008

Semua sistem koordinat pada model ditentukan dengan mematuhi satu

sistem koordinat global X – Y – Z. Setiap bagian dari model misalnya joint,

elemen atau constraint, masing – masing mempunyai sistem koordinat local 1-

2-3. Semua sistem koordinat ditunjukkan dengan menggunakan aturan

tangan kanan dan mengunakan sistem cartessian (segi –empat).

SAP 2000 selalu mengasumsikan sumbu Z ialah sumbu vertical dengan

Z+ mengarah ke atas. Arah ke atas digunakan sebagai bantuan untuk

menentukan sistem koordinat lokal, walaupun sistem koordinat lokal itu

sendiri tidak mempunyai sumbu arah vertikal.

2.4.1 Sistem Koordinat Global

Sistem koordinat global merupakan koordinat dalam tiga dimensi, yang

mengikuti aturan sumbu tangan kanan (right handed),dan merupakan

koordinat Cartessian (segi empat). Tiga sumbu dengan notasi X,Y dan Z ialah

sumbu saling tegak lurus sesuai dengan aturan tangan kanan. Letak dan

orientasi sumbu global tersebut dapat berubah – ubah 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± dan Z±.

Sebagai contoh, X+ menunjukkan vektor sejajar dan searah sumbu X

positif. 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 dengan arah putaran jarum

jam

Gambar 2.4. Koordinat Sumbu Global

Pusat Studi Konstruksi (PUSKI) - ITS Hal 7

Page 9: Dasar-dasar Sap 2000

Modul SAP2000 v 11 2008

2.4.2 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 local inin dinyatakan dengan symbol 1,2

dan 3. Sumbu 1 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

lokal 1-2-3 dan hubungannya dengan koordinat global X-Y-Z. Kedua sistem

koordinat ini menggunakan aturan tangan kanan untuk koordinat lokal,

sedangkan pengguna bebas menentukan arahnya selama hal tersebut

memudahkan dalam memasukkan data dan menginteperasikan hasilnya.

Gambar 2.5. Koordinat lokal dan global dalam suatu permodelan elemen

2.5 End 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 pertemuan tersebut akan

terjadi overlap potongam penampangnya. Untuk berberapa struktur yang

dimensi penampangnya cukup besar, maka panjang overlap tersebut cukup

significant untuk diperhitungkan.

Pusat Studi Konstruksi (PUSKI) - ITS Hal 8

Page 10: Dasar-dasar Sap 2000

Modul SAP2000 v 11 2008

Pada setiap elemen, dapat ditentukan dua buah end offset dengan

menggunakan parameter ioff dan joff yang berhubungan dengan ujung i dan j.

End offset ioff ialah panjang overlap pada elemen yang ditinjau terhadap

elemen lain pada joint i. End offset ioff merupakan jarak dari join ke sisi muka

elemen yang lain. Penjelasan yang sama berlaku pula pada join j untuk joff.

End offset dapat dihitung secara otomatis oleh program SAP2000 untuk

pilihan elemen yang didasarkan pada dimensi penampang maksimum untuk

semua elemen yang lain yang berhubungan dengan elemen tersebut pada

salah satu join yang ditinjau.

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

ini tidak akan dikeluarkan.

Gambar 2.6. End offset pada elemen frame

Untuk aplikasi serta materi yang lebih detail akan disajikan dalam modul –

modul SAP2000 yang diikutsertakan dalam pelatihan ini.

Pusat Studi Konstruksi (PUSKI) - ITS Hal 9

Page 11: Dasar-dasar Sap 2000

Modul SAP2000 v 11 2008

BAB 3

PENUTUP

Penggunaan program komputer dalam menganalisa suatu struktur

bangunan dapat membantu para engineer untuk menghasilkan desain

bangunan dengan cepat. Akan tetapi dalam melakukan analisa struktur

dengan bantuan program komputer tetap diperlukan pengetahuan mekanika

teknik klasik untuk verifikasi hasil ouput suatu program. Resiko kesalahan

dari penggunaan program komputer dapat dihindari apabila pengguna paham

mengenai perilaku struktur terhadap beban yang diberikan. Selain itu

pengguna diwajibkan untuk memahami asumsi – asumsi yang digunakan oleh

program tersebut dalam menjalankan suatu analisa struktur.

Komputer adalah teknologi yang sangat membantu , tetapi

keberadaanya hanya tool atau alat saja. Efektif tidaknya penggunaan suatu

program analisa struktur tergantung dari kemampuan penggunanya. Semakin

canggih suatu program maka semakin komplek pemahaman dan pengetahuan

teori yang diperlukan untuk mengetahui tingkat kebenaran output yang

dikeluarkan.

Pusat Studi Konstruksi (PUSKI) - ITS Hal 10

Page 12: Dasar-dasar Sap 2000

Modul SAP2000 v 11 2008

DAFTAR PUSTAKA

Computers and Structures, Inc (2005), CSI Analysis Reference Manual For SAP 2000, ETABS, and SAFE, Barkeley, California

Computer and Structures Inc,2007, CSI Analysis Reference For SAP 2000,ETABS,and SAFE,Barkeley,USA

Pusat Studi Konstruksi (PUSKI) - ITS Hal 11