PENGENALAN DASAR SAP2000

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.

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.

Program SAP2000

Program SAP2000 merupakan Program yang 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).

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.

KONSEP – KONSEP DASAR

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 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.

• 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).

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

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.

NonLinear

Permodelan Non Linear berarti menunjukkan bahwa perilaku beban dan deformasi tidak proporsional. Deformasi pada suatu kondisi beban tidak bisa 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

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.

Gambar Tahapan umum dalam permodelan struktur

Gambar di atas memperlihatkan proses permodelan tiang non–prismatis dengan beban sentris terpusat. Semula 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.

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 SAP2000 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

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

Selanjutnya akan diberikan berberapa asumsi yang perlu diketahui dalam menganalisa struktur dengan program SAP2000.

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.

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.

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

GambarKoordinat Sumbu Global

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

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 Koordinat lokal dan global dalam suatu permodelan elemen

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.

Pada setiap elemen, dapat ditentukan dua buah end offset dengan menggunakan parameterdanyang berhubungan dengan ujung i dan j. End offsetialah panjang overlap pada elemen yang ditinjau terhadap elemen lain pada joint i. End offsetmerupakan 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 End offset pada elemen frame

Aplikasi Software Support

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.