ANALISIS STRUKTUR FRAME-SHEAR WALL Suatu model struktur portal dengan dinding geser ( shear wall ) bangunan gedung 6 lantai dari beton bertulang dengan konfigurasi seperti pada gambar. Atap Lantai 5 3,5m Lantai 4 3,5m 3,5m Lantai 3 Lantai 2 3,5m Lantai 1 3,5m 3,5m 6,5m 2m 6,5m Ukuran elemen : Gambar 1. Struktur portal dengan dinding geser Balok : 50x30 cm Kolom : 50x50 cm Dinding geser : Lebar 200 cm, tebal 20 cm Karakteristik Beton : Modulus elastisitas beton : Ec = 2101900 ton/m 2, Angka Poisson beton = 0,20 Berat jenis ( weight per unit volume ) beton = 2,4 ton/m 3, Beban merata pada balok : Beban mati ( D ) : q = 2,0 ton/m Beban hidup ( L ) : q = 1,0 ton/m Beban gempa horisontal ( E ) : Lantai 1 = 1 ton, Lantai 2 = 3 ton, Lantai 3 = 5 ton, Lantai 4 = 7 ton. Lantai 5 = 9 ton, Lantai 6 ( atap ) = 5 ton. KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 1
Kombinasi pembebanan yang harus ditinjau untuk analisis dan desain struktur menurut Tata Cara Perencanaan Struktur Beton Bertulang Untuk Bangunan Gedung - SNI 2002 ) : Pembebanan Tetap : U = 1,2 D + 1,6 L Pembebanan Sementara : U = 1,2 D + 0,5 L + 1,1 E 1. Memilih Sistem Satuan Analisis Struktur Frame Shear Wall Dengan SAP 2000 Pada kotak sistem satuan, pilih sistem satuan yang akan digunakan : Ton-m. Menyusun Bentuk Stuktur Dari menu File, pilih New Model From Template. Pada kotak dialog Model Templates, klik gambar portal 2 dimensi. Pada kotak Portal Frame ketikkan datadata struktur : Number of Stories = 6 Number of Bays = 3 Story Height = 3.5 Bay Width = 5 Untuk menampilkan penomoran joint dari struktur, pilih menu View, Set Elements. Pada kotak Set Elements, pilih kotak Joints, kemudian klik Label, klik OK. Klik joint 8 s/d 14, pilih menu Edit dan Move. Pada kotak Move Selected Point masukkan data : Change coordinates by Delta X = 1,5, klik OK. Klik joint 15 s/d 21, pilih menu Edit dan Move. Pada kotak Move Selected Point masukkan data : Change coordinates by Delta X = -1,5, klik OK. Untuk menempatkan elemen-elemen dinding geser ( elemen membrane ), perlu dibuat garis-garis bantu / grid-grid dengan menu : Draw, dan Edit Grid. Pada kotak Modify Grid Line masukkan data : Directions = X X location = -1, klik Add Grid Line X location = 1, klik Add Grid Line Untuk keluar dari menu klik OK. Untuk menempatkan elemen-elemen dinding geser pada struktur portal dilakukan dengan cara : pilih menu Draw, dan Quick Draw Shell Element. Kemudian dengan menggunakan kursor, klik satu persatu elemen dinding geser. Untuk keluar dari menu ini, pilih menu Select, kemudian pilih Select dan klik Pointer/Window. 2. Mendefinisikan Karakteristik Material Dari menu Define, pilih Material untuk menampilkan kotak dialog Define Material. Pilih CONC, kemudian klik tombol Modify/Show Material. Pada kotak Material Property Data masukkan data-data material : KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 2
Design Type Analysis Property Data : : Concrete Mass per unit Volume = 0 Weight per unit Volume = 2.4 Modulus of Elasticity = 2101900 Poisson Ratio = 0.20 Coeff of Thermal Expansion = 0 Klik OK 3. Mendefinisikan Dimensi Elemen Dari menu Define, pilih Frame Sections. Pada kotak dialog Define Frame Section. Pada kotak Frame Section, klik Modify/Show Section. Pada kotak Rectangular Section, masukkan data-data untuk elemen balok : Section Name : FSEC1 Dimension : - Depth = 0.50 : - Width = 0.30 Material : CONC Pada kotak Frame Section, pilih Add I / Wide Flange, kemudian klik Add Rectangular. Pada Rectangular Section, masukkan data kolom : Section Name : FSEC2 Dimension : - Depth = 0.50 : - Width = 0.50 Material : CONC Dari menu Define, pilih Shell Sections. Pada kotak Define Shell Section. Pada kotak Shell Section, klik Modify/Show Section. Pada kotak Shell Section, masukkan data-data untuk elemen dinding geser : Section Name : SSEC1 Material Name : CONC Material Angle : 0 Membrane : 0.20 Bending : 0.20 Type : Membrane 4. Penempatan Elemen Pada Sistem Struktur Untuk mendefinisikan elemen balok, kolom, dan dinding geser pada sistem struktur, dilakukan dengan : Klik semua elemen balok dari struktur. Pilih menu Assign, kemudian Frame dan Section. Pada kotak Define Frame Section, pilih FSEC1, kemudian klik OK. Klik semua kolom dari struktur. Pilih menu Assign, kemudian Frame dan Section. Pada kotak Define Frame Section, pilih FSEC2, kemudian klik OK. KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 3
Klik semua elemen shear wall. Pilih menu Assign, kemudian Shell, Section. Pada kotak Define Shell Section, pilih SSEC1, kemudian klik OK. Mendefinisikan Jenis Tumpuan Untuk mendefinisikan jenis tumpuan pada struktur, dilakukan dengan cara : Klik joint 1, 8, 15, dan 22. Pilih menu Assign, kemudian Joint dan Restraints. Pada kotak Fast Joint Restraints, klik tumpuan jepit, kemudian klik OK. 5. Mendefinisikan Kasus Beban Dan Kombinasi Pembebanan Untuk mendefinisikan 3 kasus beban dan 2 kombinasi pembebanan yang ditinjau bekerja pada struktur, dilakukan sbb. : Dari menu Define, pilih Static Load Case untuk menampilkan kotak Static Load Case Name. Pada kotak ini masukkan data : Load = LOAD1 Type = DEAD Self Weight Multiplier = 1 Load = LOAD2 Type = LIVE Self Weight Multiplier = 0 Klik Add New Load Load = LOAD3 Type = QUAKE Self Weight Multiplier = 0 Dari menu Define, pilih Load Combination kemudian klik Add New Combo. Pada kotak dialog Load Combination Data masukkan data : Load Combination Name : COMB 1 Title : TETAP Case Name : LOAD1 Load Case Scale Factor : 1.2 Klik Add Load Case Case Name : LOAD2 Load Case Scale Factor : 1.6 Klik Add New Combo Load Combination Name : COMB 2 Title : SEMENTARA Case Name : LOAD1 Load Case Scale Factor : 1.2 KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 4
Klik Add Load Case Case Name : LOAD2 Load Case Scale Factor : 0.5 Klik Add Load Case Case Name : LOAD3 Load Case Scale Factor : 1.1 6. Mendefinisikan Beban Pada Struktur. Beban Mati Pada Elemen Klik semua elemen balok. Pilih menu Assign, kemudian Frame Static Load, dan Point and Uniform. Pada kotak Point and Uniform Span Loads, masukkan data untuk beban mati : Load Case Name : LOAD1 Load Type and Direction : Forces Direction : Global Z Options : Add to existing Load Untuk beban merata pada elemen, masukkan data : Uniform Load = -2.0, kemudian klik OK. Gambar 2. Beban mati pada struktur KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 5
Beban Hidup Pada Elemen Klik semua elemen balok. Pilih menu Assign, kemudian Frame Static Load, dan Point and Uniform. Pada kotak Point and Uniform Span Loads, masukkan data untuk beban hidup : Load Case Name : LOAD2 Load Type and Direction : Forces Direction : Global Z Options : Add to existing Load Untuk beban merata pada elemen, masukkan data : Uniform Load = -1.0, kemudian klik OK. Gambar 3. Beban hidup pada struktur Beban Gempa Pada Joint Klik joint 7 pada struktur. Pilih menu Assign, kemudian Joint Static Load, dan Forces. Pada kotak dialog Joint Forces masukkan data beban : Load Case Name : LOAD3 Load : Forces Global X = 5 Options : Add to existing Load Untuk memasukkan beban gempa pada tingkat-tingkat yang lainnya dari struktur, dilakukan dengan cara yang sama. KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 6
7. Menyimpan File Data Masukan Dan Melakukan Analisis Sebelum melakukan analisis dan desain 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, ketikan nama file FRAME-WALL, kemudian klik Save. Dengan cara ini file akan disimpan dengan nama FRAME-WALL.SDB Untuk melakukan analisis struktur, pilih menu Analyze, kemudian klik Run. 8. Hasil Analisis : Gaya Dan Tegangan Pada Elemen Hasil analisis yang berupa gaya-gaya dalam pada elemen-elemen struktur portal dengan dinding geser, dapat berupa : Gaya normal atau aksial ( axial force ), gaya lintang / geser ( shear force ), dan momen lentur ( moment ) pada elemen FRAME ( balok dan kolom ), Tegangan normal ( axial stress ), dan tegangan geser ( shear stress ) pada elemen SHELL ( dinding geser ). Untuk menampilkan gaya-gaya dalam pada elemen FRAME, dilakukan sebagai berikut : Pilih menu Display Show Element Forces / Stresses dan Frame. Pada kotak Member Force Diagram For Frame, masukkan data : Load : COMB1 atau COMB2. COMB1 ( hasil analisis dari kombinasi Pembebanan Tetap ) COMB1 ( hasil analisis dari kombinasi Pembebanan Sementara ) Component : Axial Force ( gaya normal / aksial pada elemen ) Shear 2-2 ( gaya lintang / geser pada elemen ) Moment 3-3 ( momen lentur pada elemen ) Untuk menampilkan tegangan-tegangan pada elemen SHELL, dilakukan sebagai berikut : Pilih menu Display Show Element Forces / Stresses dan Shell. Pada kotak Forces / Stresses Countur For Shells, masukkan data : Load : COMB1 atau COMB2. COMB1 ( hasil analisis dari kombinasi Pembebanan Tetap ) COMB1 ( hasil analisis dari kombinasi Pembebanan Sementara ) Component : F11 ( tegangan normal pada elemen pada arah sumbu X ) F22 ( tegangan normal pada elemen pada arah sumbu Z ) F12 ( tegangan geser pada elemen ) KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 7
Gambar 1. Bidang momen lentur pada balok dan kolom struktur akibat kombinasi pembebanan tetap Gambar 2. Bidang momen lentur pada balok dan kolom struktur akibat kombinasi pembebanan sementara KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 8
Gambar 3. Distribusi tegangan normal pada dinding geser akibat kombinasi pembebanan tetap Gambar 4. Distribusi tegangan normal pada dinding geser akibat kombinasi pembebanan sementara KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 9
KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 10
Gambar 3. Distribusi tegangan normal pada dinding geser akibat kombinasi pembebanan tetap Gambar 5. Bidang Momen Akibat Kombinasi Pembebanan Tetap KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 11
Gambar 6. Bidang Momen Akibat Kombinasi Pembebanan Sementara 1 KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 12
Gambar 7. Bidang Momen Akibat Kombinasi Pembebanan Sementara 2 KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 13
KSAKS - SAP 2000 : Analisis Struktur Frame-Shear Wall 14