open frame building

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


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


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


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


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.


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


: - Width = 0.30

Material : CONC


Design Type : Beam


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


: - Width = 0.20

Material : CONC


Design Type : Beam


Bottom = 0.05

Klik OK

Pada kotak Frame Properties klik Add Copy of Property. Pada kotak Rectangular Section

masukkan data :

Section Name : K


: - Width = 0.40

Material : CONC



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


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


Trapezoidal Loads : Relative Distance from End I

Distance = 0,0 – Load = 0

Distance = 0,25 – Load = -1,2



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 :


Unit : Ton, m, C



Direction : Z







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 :


Unit : Ton, m, C



Direction : Z






Klik OK.

Klik balok portal tepi arah sumbu X. Pilih menu Assign, kemudian Frame/Cable/Tendon



Unit : Ton, m, C



Direction : Z






Klik OK.


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) :


Unit : Ton, m, C



Direction : Z


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) :


Unit : Ton, m, C



Direction : Z


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 :


Load Case Name : LIVE

Unit : Ton, m, C



Direction : Z







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 :


Unit : Ton, m, C



Direction : Z




Distance = 0,25 – Load = -0,375

Distance = 0,75 – Load = -0,375


Klik OK.

Klik balok portal tengah arah sumbu X. Pilih menu Assign, kemudian Frame/Cable/Tendon



Unit : Ton, m, C



Direction : Z






Klik OK.

Klik balok portal tepi arah sumbu X. Pilih menu Assign, kemudian Frame/Cable/Tendon



Unit : Ton, m, C



Direction : Z







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.


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


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

open frame building

Documents