Analisa Struktur Berbasis Komputer SAP2000

Pada Analisa Struktur SAP2000, maka penyelesaian dilakukan dengan membagi model menjadi element-element kecil. Adapun elemen (delta-elemen) adalah identik dengan ‘unit pendekatan’ yang bisa disebuat sebagai representasi, yaitu suatu formulasi matematis dari suatu model struktur yang dianggap sebagai representasi yang paling mendekati sifat struktur real. Untuk itu, maka sifat struktur real tentu dapat berbeda-beda, umumnya dapat difokuskan pada sifat-sifat dominan yang ada, mulai dari kondisi tumpuan (tanah/pondasi), cara penyaluran beban (lentur atau aksial atau keduanya) maupun sifat fisik struktur itu sendiri, batang langsing atau bidang atau solid 3D SAP2000. Karena itu, prinsip dasar elemen ini perlu dipelajari. Pemahaman akan metode elemen hingga sangat diperlukan.

Misalnya saja pada kasus tiang yang memerlukan pemodelan tiang non-prismatis dengan beban sentris. Mula-mula tanah pondasi dapat dianggap sebagai tumpuan rigid karena hanya menahan gaya aksial. Anggapan tersebut belum tentu benar jika beban yang bekerja adalah eksentris hingga timbul momen guling. Karena itu tumpuan perlu didesain untuk menerima momen.

Karena itu, kondisi tiang non-prismatis selanjutnya didekati sebagai tiang-tiang prismatis yang ukurannya bervariasi dari bawah ke atas. Perlu diingat, bahwa semakin banyak tiang-tiang prismatis yang digunakan, maka perilakunya akan semakin mendekati kondisi tiang real (tiang non-prismatis). Proses selanjutnya tiang-tiang prismatis akibat beban sentris hanya akan mengalami deformasi aksial saja sehingga bila tiang prismatis tersebut dimodelkan sebagai element satu dimensi masih memungkinkan. Adapun untuk parameter geometri yang dominan adalah luasan (A) dan panjang (L) penampang tiang prismatis. Maka element satu dimensi pada program SAP2000 adalah element FRAME. Sesungguhnya, dalam kenyataannya, tidak semua struktur selalu dapat dimodelkan sebagai element satu dimensi. Maka pada kasus-kasus tertentu diperlukan model element dua dimensi atau bahkan tiga dimensi.

Desain Penampang SAP2000

Untuk melakukan Desain Penampang SAP2000 diperlukan untuk mengevaluasi apakah penampang yang dipakai dalam analisa struktur memenuhi syarat kekuatan, kekakuan, atau daktilitas yang ditetapkan dalam peraturan yang berlaku. Untuk itu, maka mcuan untuk evaluasi adalah design-code yang umumnya dikategorikan (dapat digeneralisasikan) formatnya dalam dua cara, yaitu:

1. Elastik/tegangan izin, misal Allowable Stress Design dari AISC, peraturan baja, atau kayu Indonesia yang lama. Ini merupakan konsep klasik.
2. Ultimate/Limit State Design, misal ACI 318 - 2002 untuk struktur beton atau AISCLFRD 1993 untuk struktur baja yang diadopsi di Indonesia sebagai SNI 03 – 1729 – 2000 yang baru. Ini sudah merupakan konsep modern saat ini.

Perlu diketahui bahwa sesungguhnya, Analisis struktur SAP2000 dan desain penampang adalah dua bagian yang berbeda. Meskipun demikian, pada program-program tertentu, misalnya SAP2000, kedua opsi tersebut tersedia. Oleh sebab itu, dianjurkan kepada yang memakainya harus hati-hati. Contoh, rangka batang/truss dengan profil siku tunggal dan H tidak ada bedanya dalam analisa struktur, tetapi dalam desain penampang, kedua profil mempunyai prosedur yang berbeda. Ini dikarenakan pada Desain penampang SAP2000 profil siku tunggal belum ada di SAP2000 v 7.4, tetapi program dapat menghitung karena profil tersebut dianggap sama seperti profil H.

Pendekatan SAP2000 Dalam Analisis Model

Pada dasarnya ada berbagai pendekatan dalam analisis model struktur untuk mengetahui perilaku terhadap pemberian beban. Keseluruhan pendekatan SAP2000, umumnya dapat dikategorikan sebagai berikut:

A. Konsep Linier - Elastik

Pada kata elastik itu menunjukkan bahwa suatu struktur akan berdeformasi jika diberi suatu pembebanan, dan akan kembali ke posisi awal jika pembebanan tersebut dihilangkan. Tepat kembali seperti semula. Sedangkan linier menunjukkan hubungan antara beban dan deformasi bersifat linier/proporsional, bukan lengkung dan lain sebagainya. Ciri-ciri penyelesaian linier elastik adalah hasil penyelesaian dapat dilakukan superposisi antara satu dengan yang lain. Superposisi ini dilakukan dengan berbagai macam teknik dan cara, contohnya: Slope Deflection, Cross, dan Metode Matrik Kekakuan dan sebagainya. Ini merupakan dasar bagi pemahaman sap2000.

B. Konsep Non-Linier

Pada analisa ini adalah merupakan lawan dari analisa Linier-Elastik, yaitu perilaku hubungan deformasi dan beban tidak proporsional atau tidak seimbang. Deformasi pada suatu kondisi beban tidak bisa digunakan memprediksi deformasi pada kondisi beban lain hanya dengan mengetahui ratio beban-beban tersebut yang terdapat pada struktur tersebut. Kondisi yang menyebabkan struktur dapat berperilaku non-linier dapat dikategorikan sebagai berikut. Kasus ini dapat diselesaikan oleh SAP2000.

• Kondisi Non-Linier geometri: P-delta-efek, large deformation analysis
• Kondisi Non-Linier material: Plastik, Yield
• Kondisi Non-Linier tumpuan: gap (contact problem)

Pada analisa non-linier SAP2000 pada umumnya tidak untuk mencari kuantitas gaya-gaya internal atau lendutan yang terjadi, tetapi sepertinya lebih diutamakan untuk mengetahui perilaku struktur terhadap pembebanan yang menyebabkan batas-batas dari persyaratan elastik-linier tidak terpenuhi. Misalnya saja pada kasus perilaku keruntuhan struktur terhadap beban gempa, apakah bersifat daktail, non daktail atau getas ataupun non getas, dan sebagainya. Ciri penyelesaian non-linier umumnya memakai iterasi dan hasilnya spesifik, tidak dapat disuperposisikan antara hasil satu dengan hasil yang lainnya.

Pemodelan Sistem Struktur dan Analisanya pada SAP2000

Wilayah kerja bidang rekayasa struktur/structural engineering perlu dipahami agar komputer dapat dimanfaatkan secara optimal, yaitu meliputi:

1. Tahap awal: Proses perancangan (analisis, desain, dan pembuatan gambar struktur)
2. Tahap medium: Proses fabrikasi (mengimplementasikan gambar dan spesifikasi rencana)
3. Tahap akhir: Proses erection/pengangkutan/perakitan atau pelaksanaan itu sendiri
4. Tahap post: Perawatan/perbaikan (retrofit)/evaluasi struktur

Dari berbagai tahapan di atas, yang paling banyak melibatkan komputer untuk maksud sebagaimana yang telah dibahas sebelumnya adalah dalam proses perancangan (dan evaluasi struktur), yang salah satunya adalah pemodelan sistem struktur.

Pada tahap awal sebelum dilakukan analisa struktur adalah membuat model struktur, sebagai simulasi perilaku fisik struktur real agar dapat diproses melalui pendekatan numerik memakai komputer. Simulasi ini penting untuk mendapatkan suatu kepastian. Pemodelan tidak terbatas pada penyiapan data saja, tetapi model harus disesuaikan dengan problem yang dianalisis, apakah itu tegangan, thermal, atau apa saja. Jadi, pembuat model dituntut harus memahami permasalahan yang akan diselesaikan. Ini juga merupakan suatu masukan bagai perkembangan filosophi engineering yang bersangkutan.

Apakah problem yang ditinjau dipengaruhi waktu (misal creep), apakah ada unsur-unsur nonlinier (misal masalah keruntuhan), masalah buckling dan sebagainya. Dengan demikian, dapat ditentukan apakah suatu parameter harus ada, atau dapat dihilangkan tanpa mengurangi ketelitian, ini diperlukan adjustment yang baik. Dengan memahami permasalahan, dapat disusun suatu model analisis, tentu saja model dibatasi dengan ketersediaan metode penyelesaiannya.

SAP2000 - Kemampuan Memahami

Ada satu hal penting yang perlu dimiliki bagi mereka yang ingin mempelajari software sap2000. Ini adalah suatu kemampuan memahami perilaku struktur real yang sebenarnya, menentukan kemampuan mengevaluasi keluaran komputer apakah sudah benar atau salah. Salah seorang ahli struktur MacLeod (1990), menunjukkan beberapa strategi yang terbukti cukup efektif digunakan memahami perilaku struktur yang dimaksud, beberapa hal ini merupakan hasil dari pengalamannya selama bertahun-tahun, yaitu:

1. Perlu untuk mempelajari Dasar Matematis Model: persamaan differensial banyak digunakan dalam metode analitis. Itu didasarkan pada beberapa parameter tertentu juga, yang pada masing-masing struktur bisa berbeda. Memahami parameter tersebut secara benar bisa juga sekaligus karakter strukturnya.
2. Gunakanlah strategi: Memakai Model Sederhana: yang dapat diselesaikan secara manual dapat digunakan sebagai bahan perbandingan hasil solusi komputer. Dan apabila terdapat perbedaan, maka perlu dicari tahu dari mana itu terjadi. Misalnya hitungan portal dengan cara Cross dan komputer.
3. Jangan lupa untuk melakukan Observasi Fisik dan Hasil Uji: Perilaku struktur normal tidak mudah diobservasi dengan mata telanjang karena deformasinya sangat kecil. Keruntuhan struktur adalah sumber berharga dipelajari, meskipun tentu jarang terjadi. Jika ditemui, himpunlah data sebanyak-banyaknya tentang kejadian tersebut. Keruntuhan struktur juga dapat diamati dari uji beban di laboratorium, meskipun itu tidak sepenuhnya mewakili kondisi real. Cara lain dengan mempelajari strategi perencanaan suatu struktur yang telah sukses dilaksanakan, memahami prediksi di atas kertas, dan membandingkan dengan kinerja sesungguhnya.
4. Kembalilah untuk mengulang lagi dan Mempelajari Asumsi Dasar: setiap metode analitis memerlukan asumsi atau batasan yang perlu dipahami, tidak ada metode yang berlaku general. Asumsi yang digunakan kadang-kadang dapat mengelompokkan jenis struktur mana yang ‘sesuai’ atau ‘tidak sesuai’ untuk metode tersebut sehingga dapat sekaligus dipelajari perilaku khas masing-masing struktur.
5. Perbanyak baca buku / buku teks / journal untuk melakukan Studi Parametris: tersedianya komputer berkapasitas besar dan cepat memungkinkan dibuat berbagai macam model dengan parameter yang beda. Pengaruh variasi parameter tersebut selanjutnya dipelajari dan dapat diambil suatu kesimpulan. Misal rangka batang (truss), maka parameter yang berpengaruh adalah A (luas), bentuk penampang tidak berpengaruh, sedangkan balok adalah I (inersia) bentuk penampang berpengaruh.

Pemodelan Struktur SAP2000

Bagaimanakah syarat pemodelan struktur? Itu merupakan pembuatan data numerik (matematis) mewakili struktur real/nyata yang digunakan oleh pengguna sebagai input data komputer. Seorang ahli, MacLeod (1990) mengusulkan sebaiknya dalam pembuatan model struktur diperhatikan beberapa hal penting, adalah:

1. Perlu kewaspadaan yang tinggi. Meskipun sudah ada validasi-validasi yang ketat, jangan terlalu percaya dulu. Lihat asumsi-asumsi yang dipakai dalam pembuatan model analisis, apakah sudah logis dan mewakili kondisi struktur yang real (waspada).
2. Perlu diketahui juga adalah, jangan langsung percaya pada hasil keluaran komputer, kecuali telah dilakukan validasi-validasi yang teliti dan ketat (apriori).
3. Berkaitan hal di atas, dalam pemodelan kadang-kadang perlu beberapa tahapan model. Perlu diperhatikan: ada yang secara keseluruhan (makro model) dan lainnya pada bagian-bagian tertentu saja tetapi lebih detail (mikro model). Jangan berkeinginan membuat model secara keseluruhan dengan ketelitian yang sama untuk setiap detail yang diinginkan. Jadi bedakan antara kedua pendekatan ini.
4. Apakah modelnya simpel tapi masih representatif dan dapat sungguh-sungguh mewakili, maka perlu mengetahui perilaku struktur real/nyata. Faktor-faktor apa yang utama, atau sekunder yang dapat diabaikan. Tak ada jaminan bahwa banyak faktor maka hasilnya semakin baik (lower bound theorem). Contoh nyata, jika deformasi lentur dihitung pada struktur truss (rangka batang), maka batangnya perlu ukuran yang lebih besar untuk menahan aksial dan lentur sekaligus (lebih boros). Anda pasti sudah mengerti akan hal ini.
5. Jangan langsung percaya pada hasil keluaran komputer, kecuali telah dilakukan validasi yang teliti dan ketat (apriori). Ini juga belum tentu sepenuhnya dipercaya, karena buktinya software itu sendiri terus menerus dilakukan perbaikan.
6. Jangan terlalu rumit dari yang diperlukan. Jika dapat dibuat model yang simpel tetapi representatif, maka umumnya itu yang akan berguna. Fungsi modelisasi adalah untuk menyederhanakan masalah, sehingga bisa diselesaikan dengan cepat dan benar.

SAP200 - Bukan Hanya Tool

Apakah fungsinya SAP2000 itu?

Komputer yang artinya penghitung merupakan alat bantu yang pertama-tama dikembangkan untuk bidang sain dan rekayasa. Tentu saja awalnya masih dalam bentuk yang sangat sederhana. Hanya saja, sekarang telah berkembang semakin jauh, tidak hanya penghitung, tetapi juga penulis, pelukis, maupun penghibur dengan video dan tata-suaranya, serta lain-lain. Dikaitkan dengan rekayasa konstruksi atau struktur, atau tepatnya structural engineering maka tugas utama komputer adalah sebagai penghitung seperti maksud awal alat tersebut diciptakan, yaitu dari asal kata to compute. Akan tetapi, berbeda dengan alat hitung sebelumnya, ternyata komputer mengubah pola pikir bekerjanya insinyur dalam melakukan analisa struktur. Jadi seharusnya para engineering mengerti bahwa tugas mereka sebenarnya adalah seperti saat pertama kali kalkulator itu dibuat.

Jika tradisi sebelumnya, untuk dapat memahami perilaku struktur dengan benar, maka harus memahami metode-metode perhitungan manual yang dilakukan, tetapi dengan tersedianya komputer untuk analisa struktur, maka tanpa mengetahui metode yang digunakan, insinyur dapat dengan mudah dan cepat memperoleh hasil yang diinginkan. Selain itu, berbagai model struktur dapat dengan mudah dibuat, termasuk manipulasi matematik yang diperlukan.

Meskipun demikian, tidak ada jaminan bahwa itu semua membuat para insinyur dapat memahami perilaku struktur sebenarnya karena untuk itu perlu melakukan beberapa hal:

1. paham asumsi-asumsi dasar analisis;
2. paham perilaku struktur yang sebenarnya;
3. mampu membuat model struktur dan validasi hasilnya.

Jadi kesimpulannya, komputer untuk bidang rekayasa adalah alat bantu yang sangat berguna, bagi pengguna kompeten, maka dapat dihasilkan pemahaman yang lebih dalam tentang permasalahan bidang rekayasa, yang mana teknik-teknik tradisionil sebelumnya tidak mampu atau kesulitan mendapatkannya. Tetapi bagaimana untuk yang tidak kompeten? Disinilah masalah itu bemunculan dan sepatutnya banyak didirikan kursus-kursus SAP2000 yang dilatih oleh trainer yang ahli didalamnya.