SAP2000 - Pemodelan Struktur Balok Lengkung menggunakan CAD

Pemodelan struktur untuk jenis yang agak rumit seperti balok lengkung dengan cara langsung pada SAP2000 mungkin sulit karena perlu mengetahui letak koordinat dari join pias penghubung elemen balok lengkung tersebut. Program CAD seperti AutoCAD atau IntelliCAD akan sangat membantu, pengguna cukup memperhatikan dimensi elemen pada bagian yang penting saja seperti tinggi dan lebar. SAP2000 mempunyai fasilitas import model dari CAD, format yang digunakan yaitu Drawing Exchange Format (DXF), dalam pemodelan ini hal yang perlu diperhatikan adalah node pada pembagian pias elemen balok lengkung.

Dalam kesempatan ini, penyusun menggunakan program CAD yaitu ProgeCAD LT 2006. Gambar dimodelkan dalam satuan unit meter, sedangkan dalam ilustrasi diatas dalam satuan unit sentimeter. Langkah-langkah pembuatan model portal dengan balok lengkung tersebut dijelaskan berikut :

Catatan Penggunaan SAP2000 - Suyono Nt., 2006 Hal. 1 dari 9

Untuk kemudahan aktifkan ORTHO mode. Langkah yang diperlukan adalah :Penggambaran Garis Kolom (tinggi, H = 2,00 m)Command : LINE ENTER to use last point/Follow/<Start of line>:0,0,0arahkan gerak mouse ke atasAngle/Length/<End point>: 2

Pembuatan balok lengkung lengkungCommand : ELLIPSE Arc/Center/<First end of ellipse axis>: C Center of ellipse: Klik TK1Endpoint of axis: Klik TK2Rotation/<Other axis>: Klik TK3

Catatan Penggunaan SAP2000 - Suyono Nt., 2006 Hal. 2 dari 9

TK1

TK2

TK3

Garis Lengkung Dibagi 12 pias

Dengan perintah TRIM dan ERASE dibuat garis lengkung yang diperlukan, setelah itu bagi elemen lengkung tersebut menjadi beberapa pias dengan perintah berikut :Command : divideSelect entity to divide: Klik Garis LengkungBlocks/<Number of segments>: 12

Setelah dilakukan perintah DIVIDE tersebut maka akan terbentuk node. Lengkungan balok didekati dengan garis lurus yang terdiri dari beberapa pias tersebut dengan menghubungkan titik antar node. Aktifkan node snap pada Entity Snap untuk kemudahan menggambar. Semakin banyak jumlah pias maka akan semakin baik pendekatan Analisa Strukturnya. Impor model dikelompokkan dengan layer, untuk itu perlu dibuat layer baru. Nama layer dapat sembarang, dalam contoh ini diberi nama layer “garis” dengan warna hijau. Setelah dibuat pilih semua garis lalu dirubah ke layer “garis”.

Catatan Penggunaan SAP2000 - Suyono Nt., 2006 Hal. 3 dari 9

Layer garis untuk elemen frame

Setelah selesai, model gambar diekspor ke format DXF, dalam hal ini dipilih AutoCAD Release 12 DXF. Cara tersebut dilakukan dengan menggunakan menu file lalu export seperti berikut.

Model balok lengkung sudah selesai dibuat, selanjutnya akan dilakukan Analisa Struktur dengan SAP2000. Langkah pertama dengan mengeset satuan pada ujung bawah kanan menjadi satuan unit kN-m. Kemudian proses impor dilakukan dengan klik menu file lalu import, .DXF. Pilih file dxf yang telah dibuat tadi, kemudian tentukan sumbu-Y positif sebagai sumbu Vertikal arah keatas. Setelah itu tentukan elemen frame yang akan diimpor berdasarkan layer, yaitu layer “garis”.

Maksud dari Menu pilihan Global Up Direction adalah menentukan arah tegak vertikal keatas yang secara default SAP2000 menggunakan sumbu-Z global positif (keatas). Pada saat pembuatan awal model dengan ProgeCAD, bidang gambar sumbu-X untuk arah horizontal dan sumbu-Y untuk arah vertikal. Sehingga pada proses impor SAP2000 dipilih sumbu-Y untuk arah sumbu global keatas.

Catatan Penggunaan SAP2000 - Suyono Nt., 2006 Hal. 4 dari 9

Pemodelan portal belum sepenuhnya selesai, balok arah sumbu-Y panjang 1,00 m perlu dibuat. Masalah tersebut dapat diselesaikan dengan menambah grid sebagai berikut.

Pembuatan model tambahan yaitu balok-Y dapat dihindari dengan cara membuat langsung pemodelan secara 3 dimensi pada CAD. Namun kemampuan CAD yang ada kadang terbatas seperti AutoCAD LT dan ProgeCAD LT hanya dapat membuat model dua dimensi XY. Setelah menambahkan garis bantu grid pada SAP2000 akan dengan mudah membuat elemen balok-Y tersebut dengan mengeset snap to joints and grid points. Setelah pemodelan selesai, jangan lupa menyimpan file dalam format SAP2000 yaitu *.SDB atau *.S2K

Catatan Penggunaan SAP2000 - Suyono Nt., 2006 Hal. 5 dari 9

Pada SAP2000, balok merupakan elemen yang dihubungkan oleh joint satu (i) dan join dua (j) Satu sama lainnya saling berhubungan. Terkadang hubungan atau konektivitas antar join hasil impor dari CAD kurang sempurna, akibatnya proses analisa akan mengalami error akibat kegagalan proses pembentukan matrik kekakuan global struktur. Mungkin juga akan tetap berjalan dan berhasil namun tidak sesuai dengan pemodelan awal dari yang kita tentukan, untuk menghindari hal yang tidak diinginkan tersebut perlu menggabungkan hubungan join yang satu dengan lainnya dengan cara pilih semua kemudian klik menu Edit, lalu Merge Joint. Dalam hal ini toleransi antar joint digunakan sebesar 0,01 m atau 1 cm.

Biasanya setelah dilakukan merge tersebut, proses analisa struktur akan berhasil. Akan dicoba proses tersebut dengan data-data sebagai berikut :

● Mutu Beton, f'c = 25 Mpa, sehingga Mod. Elastisitas E c=4700 f c

' = 23500 Mpa = 23,5 x 105 kPa

● Beban mati berasal dari berat sendiri dengan Selfweight Multipiler adalah 1● Beban Hidup bekerja pada balok lengkung dan balok penyambungnya● Kombinasi Pembebanan yang ditinjau yaitu 1,2DL+1,6LL● Dimensi Balok dan Kolom dibuat sama yaitu 20/30 cm.● Kondisi semua tumpuan berupa sendi (Translasi X,Y dan Z aktif dikekang)

Catatan Penggunaan SAP2000 - Suyono Nt., 2006 Hal. 6 dari 9

Portal yang akan dianalisa berupa portal 3 Dimensi dengan hubungan antar elemen kaku (Momen Resisting Frames / MRF's) sehingga dalam mengeset Analysis Options dengan pilihan Space Frame yang berati semua Degree of Freedoms DOF's translasi dan rotasi aktif dikekang.

Catatan Penggunaan SAP2000 - Suyono Nt., 2006 Hal. 7 dari 9

Setelah analisa selesai, perhatikan proses run tersebut dengan menggeser scroll keatas yang mungkin saja ada pesan kesalahan error dalam proses perhitungan tersebut. Perlihatkan juga hasil Defleksi (Animasi) dan Member Force Diagram untuk memperhatikan jika ditemui hal yang secara logika teknik tidak sesuai.

Dalam permasalahan ini, dari defleksi yang terjadi dapat diterima logika sesuai prinsip statika struktur. Diagram momen juga menunjukkan kontinuitas pada balok lengkung antara elemen yang satu dengan lainnya seperti diperlihatkan berikut.

Catatan Penggunaan SAP2000 - Suyono Nt., 2006 Hal. 8 dari 9

KesimpulanProgram CAD sangat membantu dalam pemodelan struktur yang tergolong rumit bila dilakukan langsung dengan SAP2000. Cara lain dari pemodelan struktur dapat dilakukan dengan Spreadsheet seperti MS Excel atau OpenOffice CALC, namun menurut penulis cara ini kurang efektif karena data koordinat yang digunakan berupa angka dari suatu fungsi rumus/formula. Dengan program CAD dapat pula digunakan untuk pemodelan selain elemen frame, dapat untuk elemen plate atau sheel dan solid. Pada pemodelan elemen plate/slab dari suatu lantai bangunan elemen frame tersebut dapat digunakan sebagai garis bantu grid untuk trik meshing plate element (akan dijelaskan penyusun pada kesempatan mendatang). Penggunaaan merge joint pada pemodelan dengan CAD sangat penting untuk menghindari hubungan antar elemen yang tidak kontinue / terputus (gap), baik itu elemen frame, shell maupun solid. Nilai merge joint dapat diambil 1/10 atau dapat lebih kecil lagi, nilai ini merupakan perbandingannya dengan jarak terkecil antar joint (i) dan joint (j) yang menghubungkan suatu elemen. Rumusan matrik kekakuan elemen frame pada SAP2000 berdasarkan Bernouli's classical straight beam theory, dalam permasalahan ini sebenarnya formula tersebut kurang tepat dan menyebabkan akurasi berkurang namun hal ini dapat direduksi dengan pembagian pias yang lebih banyak. Program analisa struktur lain seperti LUSAS atau ANSYS mempunyai berbagai jenis elemen frame diantaranya deep beam (Timoshenko's beam) yang memperhitungkan juga defleksi akibat geser, serta curved beams baik itu 2D plane maupun 3D space.

Daftar Pustaka● Computers and Structures, Inc., 1997 “SAP2000 - Graphics User Interface Manual“● Computers and Structures, Inc., 1998 “SAP2000 - Analysis Reference“● Naveed Anwar, 2002 “Building Structures – Modeling and Analysis Concepts”● ProgeSOFT, 2006 “ProgeCAD – Manual” Online at July 2006 www.progecad.com

Catatan Penggunaan SAP2000 - Suyono Nt., 2006 Hal. 9 dari 9