View
80
Download
5
Category
Preview:
Citation preview
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 1
ANALISIS STRUKTUR PORTAL 3D – OPEN FRAME BUILDING
Konfigurasi Struktur
Struktur portal beton 2 tingkat dari beton bertulang, mempunyai konfigurasi seperti pada
gambar di bawah. Kombinasi pembebanan yang ditinjau bekerja pada struktur adalah pembebanan
tetap, dengan kombinasi pembebanan : U = 1,2.D + 1,6.L ( D : beban mati, L : beban hidup )
Gambar 1. Konfigurasi struktur portal 3D
Data-data struktur : Ukuran semua kolom struktur : 35/35 cm
Ukuran balok pada portal arah sumbu X : 50/30 cm
Ukuran balok pada portal arah sumbu Y : 40/25 cm
Ukuran sloof : 40/20 cm
Beban hidup terbagi merata pada pelat : 250 kg/m2
Berat spesi & penutup lantai : 50 kg/m2
Berat penggantung dan plafond : 50 kg/m2
Beban dinding di atas sloof : 250 kg/m per tinggi 1 meter
Beban mati terbagi merata akibat berat sendiri pelat setebal 12 cm : qD = (0,12 x 2400) = 288
kg/m2
Balok Anak
40/25cm
Pelat 12cm
4m
4m
6m
Balok Portal
50/30cm
Balok Tepi
40/25cm
Kolom 35/35cm
4m
X y
Z
Sloof 40/20cm
1 m diatas pondasi
4m
1m
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 2
Karakteristik Bahan
Mutu beton : f’c 20 MPa (K.250)
Mutu tulangan pokok D16 (ulir) : fy. 400 MPa (U.39)
Mutu tulangan sengkang Ø8 (polos) : fy. 240 MPa (U.24)
Modulus elastisitas beton : E = 4700 20 = 21019 MPa,
Angka poisson beton : ν = 0,20
Berat jenis beton : c = 2400 kg/m3
Pemodelan Struktur
Sebelum melakukan analisis struktur dengan SAP2000, perlu terlebih dahulu disusun model
model struktur dan model pembebanan. Struktur portal yang akan dianalisis dimodelkan sebagai
bangunan rangka terbuka (open frame building), dengan menggunakan elemen Frame-3D untuk
memodelkan balok-balok dan kolom-kolom struktur.
Pada model open frame building ini, pelat pada bangunan tidak diikutkan sertakan pada
model struktur. Beban mati termasuk berat sendiri dari pelat dan beban hidup yang bekerja pada
pelat, dimodelkan sebagai beban terbagi merata yang bekerja pada balok-balok struktur. Metode
pelimpahan beban mati dan beban hidup dilakukan dengan metode amplop (lihat Gambar 2). Pada
prinsipnya, metode amplop ini adalah merubah beban terbagi merata persatuan luas yang bekerja
pada lantai bangunan, menjadi beban-beban terbagi merata persatuan panjang yang bekerja pada
balok-balok struktur.
Gambar 2. Pelimpahan beban dari pelat ke balok dengan metode amplop
4m
4m
6m
4m
4m
1m
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 3
Pembebanan Pada Balok Arah Sumbu Y
1. Balok Anak
Pelimpahan beban merata pada balok-balok struktur dilakukan dengan metode amplop.
Dengan cara ini, pada balok anak, harus memikul 2 buah beban trapezium. Panjang bentang untuk
segmen pelat : Lx = 3m dan Ly = 4m. Beban mati akibat pelat, penutup lantai dan spesi,
penggantung dan plafond : qx = Lx/2 . (qD) = 3/2 .(288 + 50 + 50) = 600 kg/m
Balok anak memikul 2 beban trapezium, maka beban yang bekerja : qx = 2.(600) = 1200 kg/m =
1,2 ton/m.
Gambar 3. Beban trapesium pada balok
Beban hidup merata : qx = Lx/2.(qL) = 3/2.(250) = 375 kg/m. Beban hidup yang bekerja pada
balok anak : qL = 2.(375) = 750 kg/m = 0,75 ton/m
2. Balok Tepi
Balok tepi arah sumbu Y, harus memikul 1 buah beban trapezium. Beban mati yang bekerja
pada balok tepi : qD = 600 kg/m’ = 0,60 ton/m. Beban hidup yang bekerja pada balok tepi : qL =
375 kg/m = 0,375 ton/m
Pembebanan Pada Balok Arah Sumbu X
1. Balok Portal Tengah
Balok tengah pada arah sumbu X, memikul 2 buah beban segi tiga. Beban mati merata akibat
berat pelat, penutup lantai dan spesi, penggantung dan plafond : qx = Lx/2.(qD) = 3/2.(288 + 50 +
50) = 600 kg/m
Gambar 4. Beban segitiga pada balok
Beban mati yang bekerja pada balok tengah : qD = 2.(600) = 1200 kg/m = 1,20 ton/m
Beban hidup yang bekerja pada balok tengah : qL = 2.(375) kg/m = 750 kg/m = 0,75 ton/m
2. Balok Portal Tepi
Balok tepi arah sumbu X, memikul 1 buah beban segitiga. Beban mati yang bekerja pada
balok tengah : qD = 600 kg/m = 0,60 ton/m. Beban hidup yang bekerja pada balok tepi : qL = 375
kg/m = 0,375 ton/m
qx
6m
L=4m L=4m
qx
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 4
SAP2000 V.10 - ANALISIS STRUKTUR 3D (OPEN FRAME BUILDING)
1. Memilih Sistem Satuan
Pada kotak sistem satuan yang tersedia, pilih sistem satuan yang akan digunakan di dalam
analisis struktur ( untuk perhitungan digunakan sistem satuan : ton-m ).
2. Menyusun Bentuk Stuktur
Dari menu File, pilih New Model. Pada kotak New Model, klik struktur portal 3 dimensi.
Pada kotak 3D Frames masukkan data konfigurasi struktur :
3D Frame Type = Open Frame Building
Number of Stories = 3
Number of Bays, X = 1
Number of Bays, Y = 2
Story Height = 4
Bay Width, X = 6
Bay Width, Y = 4
Klik OK.
Dengan menggunakan data masukan ini, didapatkan konfigurasi awal dari struktur seperti pada
Gambar 1.
Gambar 5. Konfigurasi awal dari struktur
Untuk menyusun konfigurasi struktur seperti yang direncanakan, perlu dilakukan editing pada
konfigurasi awal dari struktur.
Untuk menampilkan joint-joint pada struktur, dilakukan sbb. : Pilih menu View dan Set Display
Options. Pada kotak Display Options For Active Window, klik Invisible pada kotak Joints.
Klik joint-joint dari tumpuan. Klik menu Edit, dan Move. Pada kotak Move, masukkan data :
Change Coordinates by : Delta X = 0
Delta Y = 0
Delta Z = 3
Klik OK
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 5
Dengan menggunakan perintah Move kearah Delta Z = 3, maka posisi dari joint-joint tumpuan akan
naik, dan berada posisi -1m di bawah balok-balok sloof.
Untuk menempatkan balok anak pada sistem struktur, dilakukan sbb. :
Klik balok-balok portal arah sumbu X pada Lantai 2 dan Atap. Klik menu Edit dan Divide
Frame. Pada kotak Divide Selected Frame, masukkan data :
Divide into = 2
Last/First ratio = 1
Langkah ini akan menyebabkan balok-balok portal pada arah sumbu X, terbagi menjadi 2
bagian yang sama panjang.
Dari menu Draw, pilih Draw Frame/Cable/Tendon untuk menggambar balok-balok anak,
dengan cara menghubungkan joint-joint yang sudah terbentuk pada balok-balok struktur.
Gambar 6. Konfigurasi dari struktur setelah di edit
3. Mendefinisikan Karakteristik Material
Dari menu Define, pilih Material. Pada kotak Define Materials pilih CONC, klik
Modify/Show Material. Pada kotak Material Property Data masukkan data material :
Mass per unit Volume = 0
Weight per unit Volume = 2.4
Modulus of Elasticity = 2101900
Poisson Ratio = 0.20
Coeff of Thermal Expansion = 0
Specified Conc Comp Strength, f’c = 2000
Bending Reinf Yield Stress, fy = 40000
Shear Reinf Yield Stress, fys = 24000
Klik OK.
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 6
4. Mendefinisikan Dimensi Elemen
Dari menu Define, pilih Frame Sections. Pada kotak Frame Properties klik Add Rectangular,
klik Add New Property. Pada kotak Rectangular Section, masukkan data balok anak :
Section Name : BY
Dimension : - Depth = 0.40
: - Width = 0.25
Material : CONC
Klik Concrete Reinforcement. Pada kotak Reinforcement Data masukkan data :
Design Type : Beam
Concrete Cover to Rebar Center : Top = 0.04
Bottom = 0.04
Klik OK
Pada kotak Frame Properties klik Add Copy of Property. Pada kotak Rectangular Section,
masukkan data balok induk :
Section Name : BX
Dimension : - Depth = 0.50
: - Width = 0.30
Material : CONC
Klik Concrete Reinforcement. Pada kotak Reinforcement Data masukkan data :
Design Type : Beam
Concrete Cover to Rebar Center : Top = 0.05
Bottom = 0.05
Klik OK
Pada kotak Frame Properties klik Add Copy of Property. Pada kotak Rectangular Section,
masukkan data balok sloof :
Section Name : S
Dimension : - Depth = 0.40
: - Width = 0.20
Material : CONC
Klik Concrete Reinforcement. Pada kotak Reinforcement Data masukkan data :
Design Type : Beam
Concrete Cover to Rebar Center : Top = 0.05
Bottom = 0.05
Klik OK
Pada kotak Frame Properties klik Add Copy of Property. Pada kotak Rectangular Section
masukkan data :
Section Name : K
Dimension : - Depth = 0.40
: - Width = 0.40
Material : CONC
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 7
Klik Concrete Reinforcement. Pada kotak Reinforcement Data masukkan data :
Design Type : Column
Configuration of Reinforcement : Rectangular
Lateral Reinforcement : Ties
Cover to Rebar Center : 0.04
Number of Bars in 3-dir : 0
Number of Bars in 2-dir : 0
Check/Design : Reinforcement to be Designed
Klik OK.
5. Penempatan Elemen Pada Sistem Struktur
Klik semua balok anak dan balok tepi arah sumbu Y dari struktur. Pilih menu Assign,
kemudian Frame dan Section. Pada kotak Frame Section, pilih BA, klik OK.
Klik semua balok portal arah sumbu X dari struktur. Pilih menu Assign, kemudian Frame dan
Section. Pada kotak Frame Section, pilih B, klik OK.
Klik semua balok sloof dari struktur. Pilih menu Assign, kemudian Frame dan Section. Pada
kotak Frame Section, pilih S, klik OK.
Klik semua kolom struktur. Pilih menu Assign, kemudian Frame dan Section. Pada kotak
Frame Section, pilih K, klik OK.
6. Mendefinisikan Jenis Tumpuan
Klik semua joint yang merupakan tumpuan jepit pada struktur. Pilih menu Assign, kemudian
Joint dan Restraints. Di dalam kotak Joint Restraints, pada Fast Joint Restraints, klik
tumpuan jepit, klik OK.
Gambar 7. Model struktur Open Frame Building 3 dimensi
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 8
7. Mendefinisikan Kasus Beban, Kasus Analisis, Dan Kombinasi Pembebanan
Beban yang ditinjau bekerja pada struktur adalah kombinasi antara beban mati dan beban
hidup dengan faktor beban sebesar 1,2 dan 1,6. Untuk mendefinisikan kasus beban, kasus analisis,
dan kombinasi pembebanan yang ditinjau bekerja pada struktur, dilakukan sbb. :
Dari menu Define, pilih Load Cases. Pada kotak Static Defines Load Case Name masukkan
data :
Load Name = DEAD
Type = DEAD
Self Weight Multiplier = 1
Load Name = LIVE
Type = LIVE
Self Weight Multiplier = 0
Klik OK.
Dari menu Define, pilih Analysis Cases. Pada kotak Analysis Case masukkan data :
Case Name = DEAD
Case Type = Linear Static
Load Name = LIVE
Case Type = Linear Static
Dari menu Define, pilih Combinations. Pada kotak Define Respons Combinations, klik Add
New Combo. Pada kotak Respons Combination Data masukkan data :
Respons Combination Name : COMB 1
Combination Type : Linear Add
Case Name : DEAD
Case Type : Linear Static
Scale Factor : 1.2
Klik Add
Combination Type : Linear Add
Case Name : LIVE
Case Type : Linear Static
Scale Factor : 1.6
Klik OK.
8. Mendefinisikan Beban Pada Struktur.
A. Beban Mati (Dead Load)
Klik balok-balok anak yang akan dibebani. Pilih menu Assign, kemudian
Frame/Cable/Tendon Load, dan Distributed. Pada kotak Frame Distributed Loads masukkan
data trapesium :
Load Case Name : DEAD
Unit : Ton, m, C
Load Type and Direction : Forces
Coor System : Globals
Direction : Z
Options : Replace Existing Loads
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 9
Trapezoidal Loads : Relative Distance from End I
Distance = 0,0 – Load = 0
Distance = 0,25 – Load = -1,2
Distance = 0,75 – Load = -1,2
Distance = 1,0 – Load = 0
Klik OK.
Klik balok-balok tepi arah sumbu Y. Pilih menu Assign, kemudian Frame/Cable/Tendon
Load, dan Distributed. Pada kotak Frame Distributed Loads masukkan data beban trapesium :
Load Case Name : DEAD
Unit : Ton, m, C
Load Type and Direction : Forces
Coor System : Globals
Direction : Z
Options : Replace Existing Loads
Trapezoidal Loads : Relative Distance from End I
Distance = 0,0 – Load = 0
Distance = 0,25 – Load = -0,6
Distance = 0,75 – Load = -0,6
Distance = 1,0 – Load = 0
Klik OK.
Klik balok portal tengah arah sumbu X. Pilih menu Assign, kemudian Frame/Cable/Tendon
Load, dan Distributed. Pada kotak Frame Distributed Loads masukkan data beban segitiga :
Load Case Name : DEAD
Unit : Ton, m, C
Load Type and Direction : Forces
Coor System : Globals
Direction : Z
Options : Replace Existing Loads
Trapezoidal Loads : Relative Distance from End I
Distance = 0,0 – Load = 0
Distance = 0,5 – Load = -1,2
Distance = 1,0 – Load = 0
Klik OK.
Klik balok portal tepi arah sumbu X. Pilih menu Assign, kemudian Frame/Cable/Tendon
Load, dan Distributed. Pada kotak Frame Distributed Loads masukkan data beban segitiga :
Load Case Name : DEAD
Unit : Ton, m, C
Load Type and Direction : Forces
Coor System : Globals
Direction : Z
Options : Replace Existing Loads
Trapezoidal Loads : Relative Distance from End I
Distance = 0,0 – Load = 0
Distance = 0,5 – Load = -0,6
Distance = 1,0 – Load = 0
Klik OK.
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 10
Klik semua balok sloof di bagian tepi. Pilih menu Assign, kemudian Frame/Cable/Tendon
Load, dan Distributed. Pada kotak Frame Distributed Loads masukkan data beban merata
dinding (1 ton/m) :
Load Case Name : DEAD
Unit : Ton, m, C
Load Type and Direction : Forces
Coor System : Globals
Direction : Z
Options : Replace Existing Loads
Uniform Load = -1
Klik OK.
Klik semua balok tepi pada lantai 2. Pilih menu Assign, kemudian Frame/Cable/Tendon
Load, dan Distributed. Pada kotak Frame Distributed Loads masukkan data beban merata
dinding (1 ton/m) :
Load Case Name : DEAD
Unit : Ton, m, C
Load Type and Direction : Forces
Coor System : Globals
Direction : Z
Options : Replace Existing Loads
Uniform Load = -1
Klik OK.
Gambar 8. Beban mati (tidak termasuk berat sendiri) pada struktur, satuan : ton-m
B. Beban Hidup (Live Load)
Klik balok-balok anak yang akan dibebani. Pilih menu Assign, kemudian
Frame/Cable/Tendon Load, dan Distributed. Pada kotak Frame Distributed Loads masukkan
data beban trapesium :
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 11
Load Case Name : LIVE
Unit : Ton, m, C
Load Type and Direction : Forces
Coor System : Globals
Direction : Z
Options : Replace Existing Loads
Trapezoidal Loads : Relative Distance from End I
Distance = 0,0 – Load = 0
Distance = 0,25 – Load = -0,75
Distance = 0,75 – Load = -0,75
Distance = 1,0 – Load = 0
Klik OK.
Klik balok-balok tepi arah sumbu Y. Pilih menu Assign, kemudian Frame/Cable/Tendon
Load, dan Distributed. Pada kotak Frame Distributed Loads masukkan data beban trapesium :
Load Case Name : LIVE
Unit : Ton, m, C
Load Type and Direction : Forces
Coor System : Globals
Direction : Z
Options : Replace Existing Loads
Trapezoidal Loads : Relative Distance from End I
Distance = 0,0 – Load = 0
Distance = 0,25 – Load = -0,375
Distance = 0,75 – Load = -0,375
Distance = 1,0 – Load = 0
Klik OK.
Klik balok portal tengah arah sumbu X. Pilih menu Assign, kemudian Frame/Cable/Tendon
Load, dan Distributed. Pada kotak Frame Distributed Loads masukkan data beban segitiga :
Load Case Name : LIVE
Unit : Ton, m, C
Load Type and Direction : Forces
Coor System : Globals
Direction : Z
Options : Replace Existing Loads
Trapezoidal Loads : Relative Distance from End I
Distance = 0,0 – Load = 0
Distance = 0,5 – Load = -0,75
Distance = 1,0 – Load = 0
Klik OK.
Klik balok portal tepi arah sumbu X. Pilih menu Assign, kemudian Frame/Cable/Tendon
Load, dan Distributed. Pada kotak Frame Distributed Loads masukkan data beban segitiga :
Load Case Name : LIVE
Unit : Ton, m, C
Load Type and Direction : Forces
Coor System : Globals
Direction : Z
Options : Replace Existing Loads
Trapezoidal Loads : Relative Distance from End I
Distance = 0,0 – Load = 0
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 12
Distance = 0,5 – Load = -0,375
Distance = 1,0 – Load = 0
Klik OK.
Gambar 9. Beban hidup pada struktur, satuan : ton-m
9. Menyimpan File Data Masukan Dan Melakukan Analisis
Sebelum melakukan analisis struktur, file data masukan perlu terlebih dahulu disimpan.
Penyimpanan data masukan dilakukan sbb. :
Pilih menu File, kemudian klik Save As.
Pada kotak Save Model File As, ketiikan nama file, yaitu FRAME-3D, kemudian klik Save.
Dengan cara ini file akan disimpan dengan nama FRAME-3D.SDB.
Untuk melakukan analisis struktur, pilih menu Analyze, kemudian Run.
10. Menampilkan Gaya-gaya Dalam Elemen
Untuk menampilkan gambar dilayar monitor, seperti pembebanan pada struktur, deformasi
struktur, diagram momen lentur M33 dan M22, diagram gaya geser V22 dan V33, diagram gaya
aksial P, dan momen puntir/torsi T, digunakan menu Display.
Untuk menampilkan gaya-gaya dalam di elemen seperti momen lentur, gaya geser, gaya
aksial, dan torsi, dilakukan sbb. :
Pilih menu Display, kemudian Show Forces / Stresses, kemudian klik Frames/Cables.
Pada kotak Member Forces Diagram for Frames, pilih kombinasi pembenanan yang akan
ditampilkan.
Pada kotak Component, pilih salah satu gaya dalam elemen yang akan ditampilkan yaitu :
Moment 3-3 & Shear 2-2, Moment 2-2 & Shear 3-3, Axial Force, atau Torsion, kemudian klik
OK.
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 13
Gambar 10. Momen lentur (M3) dan gaya geser (V2), satuan : ton-m
Gambar 11. Momen lentur (M2) dan gaya geser (V3), satuan : ton-m
Gambar 12. Gaya aksial (P) dan torsi (T), satuan : ton-m
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 14
Untuk menampilkan reaksi-reaksi pada tumpuan, dilakukan sbb. :
Pilih menu Display, kemudian Show Forces / Stresses, kemudian klik Joint. Pada kotak Joint
Reactions Forces, pilih COMB1 pada kotak Case/Combo Name. Kosongkan pilihan Show as
Arrow pada kotak Type.
Gambar 13. Reaksi-reaksi pada tumpuan, satuan : ton-m
Untuk menampilkan deformasi struktur, dilakukan sbb. :
Pilih menu Display, kemudian Show Deformed Shape. Pada kotak Deformed Shape, pilih
COMB1 pada kotak Case/Combo Name. Pilih Auto pada kotak Scaling. Pilih Wire Shadow
dan Cubic Curve pada kotak Options.
Gambar 14. Deformasi struktur, satuan : m
Lab. Komputasi Teknik Sipil Undip : Open Frame Building 3D 15
Recommended