pemodelan struktur dengan sap2000 - … · bab 5. pemodelan struktur dengan sap2000 . laporan tugas...

Bab 5

PEMODELAN STRUKTUR dengan SAP2000 Laporan Tugas Akhir (KL-40Z0) Desain Dermaga General Cargo dan Trestle Tipe Deck On Pile di Pulau Kalukalukuang Provinsi Sulawesi Selatan

5.1 Analisis Struktur 2D

Analisis struktur 2D dilakukan terhadap struktur atas (lantai dermaga). Analisis ini dilakukan untuk mengetahui perilaku lokal struktur akibat beban yang relatif cukup besar, yakni truk 7,8 ton serta gempa, dan untuk mengetahui gaya-gaya dalam yang terjadi pada elemen-elemen struktur lantai dermaga guna keperluan desain penulangan .

5.1.1 Pemodelan 2 Dimensi Struktur Dermaga

Analisis struktur 2D dilakukan dengan bantuan perangkat lunak SAP2000, dengan pemodelan sebagai berikut:

1) Potongan Memanjang

a. Pemodelan Struktur Untuk Keperluan Desain Tulangan Balok

Dalam pemodelan ini, beban balok dalam arah melintang diwakili dengan beban terpusat pada masing-masing join, sedangkan untuk pelat dalam arah melintang dan beban hidup dimodelkan dengan beban terdistribusi sesuai dengan tributari area. Tiang pancang dimodelkan mulai dari fixity point -2,5 meter terhadap seabed sampai dengan elevasi atas dermaga dan untuk tiang miring dimodelkan dengan kemiringan 1:16. Dari pemodelan ini akan diambil nilai momen ultimate pada balok yang selanjutnya akan digunakan sebagai dasar dalam desain penulangan balok. Pemodelan struktur dermaga dalam arah memanjang dapat dilihat pada gambar-gambar beserta uraian di bawah ini.

BAB 5 PEMODELAN STRUKTUR DENGAN SAP2000 5-1

Gambar 5.1 Pemodelan dermaga arah memanjang pada SAP2000


Gambar 5.2 Pemodelan dermaga arah memanjang pada SAP 2000 (extrude view)

Pembebanan Pada Model

• Beban Mati

Beban mati pada analisis struktur 2D ini adalah berat sendiri balok melintang dan pelat.

Balok Melintang qbalok = ρbeton * l * b * t = 2400 * 4,5 * 0,5 * 0,8 = 4,32 ton Beban ini diaplikasikan pada join-join di lantai dermaga sebagai berikut:

Gambar 5.3 Pemodelan beban balok melintang pada SAP2000

Pelat

Distribusi beban pelat mengikuti peraturan SK SNI 03 – 2847 - 2002 dengan area distribusi sebagai berikut :

Diketahui: a = panjang area b = lebar area ---- = distribusi beban Bila a ≠ b, maka:


Bila a = b, maka:

Beban ini diaplikasikan pada lantai dermaga sebagai berikut:

Gambar 5.4 Pemodelan beban pelat pada SAP2000


• Beban Hidup

Seperti telah disebutkan sebelumnya, beban hidup pada dermaga adalah beban UDL maksimum, yakni sebesar 1,4 ton/m2. Distribusi area sama dengan pembebanan pelat. Beban ini diaplikasikan pada lantai dermaga sebagai berikut:

Gambar 5.5 Pemodelan beban hidup pada SAP2000

• Beban Gelombang

Beban Gelombang pada Tiang

Telah dihitung sebelumnya, besar beban ini adalah 1,4 ton dan terdistribusi dengan bentuk segitiga dari seabed sampai HWS.


2abL

=

dimana: a : besar beban hasil perhitungan = 1,4 ton L : panjang tiang dari seabed hingga HWS = 5,72 m b : besar beban distribusi = 0,5 t/m

Beban ini diaplikasikan pada pemodelan sebagai berikut:

Gambar 5.6 Pemodelan beban gelombang tiang dan tepi pada SAP 2000


Beban Gelombang pada Tepi Dermaga

Beban ini pada potongan memanjang datang dari arah melintang dengan besar yang telah dihitung sebelumnya, yakni 3,80 ton. Beban ini diaplikasikan pada pemodelan pada Gambar 5.6.

• Beban Arus

Telah dihitung sebelumnya, besar beban ini adalah 0,068 ton/m dan terdistribusi dengan bentuk segitiga dari seabed hingga HWS. Beban ini diaplikasikan pada pemodelan sebagai berikut:

2ab =L

dimana: a/L : besar beban hasil perhitungan =0,068 ton/m L : panjang tiang dari seabed hingga HWS = 5,72 m b : besar beban distribusi = 0,14 t/m


Gambar 5.7 Pemodelan beban arus pada SAP2000

• Beban Gempa

Pada potongan memanjang ini hanya terdapat gempa dari arah melintang, sehingga besar beban gempa yang telah dihitung sebelumnya, yakni 71 ton dibagi dengan jumlah join pada arah melintang yaitu 3, sehingga menjadi 24 ton. Beban ini diaplikasikan pada pemodelan sebagai berikut:


Gambar 5.8 Pemodelan beban gempa pada SAP 2000 • Kombinasi Pembebanan

Kombinasi pembebanan yang digunakan berdasarkan SK SNI 03 – 2847 - 2002, sebagai berikut:

Kombinasi Pembebanan

Combo 1 1.4 DL+1.4 G+1.4 A

Combo 2 1.2 DL+1.6 LL

Combo 3 1.2 DL+1.0 LL+1.0 E

Combo 4 1.2 DL+1.6 LL+1.2 G+1.2 A

Combo 5 1.2 DL+1.0 LL+0.3 E

Dimana: DL = beban mati LL = beban hidup E = beban gempa A = beban arus G = beban gelombang


• Hasil Analisis Struktur

Gaya Dalam Maksimum

Struktur Momen 3-3 Combo Geser 2-2 Combo ton m ton

Balok 19,6 4 17,92 4

b. Pemodelan Struktur Untuk Desain Tulangan Pilecap

Dalam pemodelan ini, beban balok dalam arah melintang diwakili dengan beban terpusat pada masing-masing join, sedangkan untuk pelat dalam arah melintang dan beban hidup dimodelkan dengan beban terdistribusi seragam. Tiang pancang dimodelkan mulai dari fixity point -2,5 meter terhadap seabed sampai dengan elevasi atas dermaga sedangkan untuk tiang miring dimodelkan dengan kemiringan 1:16. Untuk keperluan desain penulangan pilecap dilakukan dua jenis pemodelan struktur, perbedaan kedua model terletak pada tiang pancang miring. Pada model 1, tiang pancang dibuat miring dari bagian bawah pilecap sampai dengan fixitypoint, sedangkan model 2 tiang pancang dibuat miring mulai dari elevasi atas sampai dengan fixity point.

Dari 2 pemodelan ini akan diambil nilai momen ultimate terbesar pada balok di atas pilecap yang selanjutnya akan digunakan sebagai dasar dalam desain penulangan pilecap. Pemodelan struktur dermaga dalam arah memanjang dapat dilihat pada gambar-gambar beserta uraian di bawah ini.


1. Model Struktur 1

Gambar 5.9 Model struktur 1 memanjang dermaga pada SAP2000


Gambar 5.10 Model Struktur 1 memanjang dermaga pada SAP 2000 (extrude view)

Pembebanan Pada Model • Beban Mati

Balok Melintang

Beban mati pada analisis struktur 2D ini adalah berat sendiri balok melintang dan pelat. Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan beban balok melintang yang diaplikasikan pada tiap join adalah sebesar 4,32 ton. Beban balok melintang diaplikasikan pada tiap join seperti pada gambar berikut ini.



Pelat Distribusi beban pelat untuk pemodelan ini berupa distribusi seragam di sepanjang bentang. Beban ini diaplikasikan pada lantai dermaga sebagai berikut:


Gambar 5.12 Pemodelan beban pelat pada SAP2000

• Beban Hidup

Seperti telah disebutkan sebelumnya, beban hidup pada dermaga adalah beban UDL maksimum, yakni sebesar 1,4 ton/m 2. Distribusi beban seragam sama dengan distribusi pembebanan pelat. Beban ini diaplikasikan pada lantai dermaga sebagai berikut:



• Beban Gelombang



2abL

=







• Beban Arus



2abL

=




• Beban Gempa





Combo 1 1.4 DL+1.4 G+1.4 A


Combo 3 1.2 DL+1.0 LL+1.0 E

Combo 4 1.2 DL+1.6 LL+1.2 G+1.2 A

Combo 5 1.2 DL+1.0 LL+0.3 E


Dimana: DL = beban mati LL = beban hidup E = beban gempa A = beban arus G = beban gelombang • Hasil Analisis Struktur

Gaya Dalam Maksimum


Balok 28,97 4 37,03 4 Pile Cap Tipe 1 3,74 4 0,055 4 Pile Cap Tipe 2 11,73 4 3,27 4

Reaksi Perletakan Tiang Dari pemodelan ini didapat reaksi perletakan tiang terbesar yaitu 62,03 ton.

• Penentuan Unity Check Range (UCR)

Penentuan UCR model struktur 1 dilakukan dengan kombinasi pembebanan tanpa load factor sebagai berikut :


Combo 1 1.0 DL+1.0 G+1.0 A


Combo 3 1.0 DL+1.0 LL+1.0 E

Combo 4 1.0 DL+1.0 LL+1.0 G+1.0 A

Hasil UCR dapat dilihat pada Gambar 5.17 . Berdasarkan hasil ini dapat diketahui range nilai UCR adalah 0,07-0,4 sehingga struktur tiang masih dalam batas aman.


Gambar 5.17 Hasil unity check range model struktur 1 pada SAP 2000

Daya Dukung Tiang

Dari pemodelan ini di dapat juga nilai daya dukung terbesar dari hasil reaksi perletakan yaitu 47,11 ton.


2. Model Struktur 2

Gambar 5.18 Model Struktur 2 memanjang dermaga pada SAP2000


Gambar 5.19 Model Struktur 2 memanjang dermaga pada SAP 2000 (extrude view)


Balok Melintang

Beban mati pada analisis struktur 2D ini adalah berat sendiri balok melintang dan pelat. Berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan beban balok melintang yang diaplikasikan pada tiap join adalah sebesar 4,32 ton. Beban balok melintang diaplikasikan pada tiap join seperti pada gambar berikut ini.


Pelat

Distribusi beban pelat untuk pemodelan ini berupa distribusi seragam di sepanjang bentang. Beban ini diaplikasikan pada lantai dermaga sebagai berikut:


Gambar 5.21 Pemodelan beban pelat pada SAP2000 • Beban Hidup

Seperti telah disebutkan sebelumnya, beban hidup pada dermaga adalah beban UDL maksimum, yakni sebesar 1,4 ton/m 2. Distribusi beban seragam sama dengan distribusi pembebanan pelat. Beban ini diaplikasikan pada lantai dermaga sebagai berikut:



• Beban Gelombang



2abL

=







• Beban Arus



2abL

=




• Beban Gempa





Combo 1 1.4 DL+1.4 G+1.4 A


Combo 3 1.2 DL+1.0 LL+1.0 E

Combo 4 1.2 DL+1.6 LL+1.2 G+1.2 A

Combo 5 1.2 DL+1.0 LL+0.3 E


Dimana: DL = beban mati LL = beban hidup E = beban gempa A = beban arus G = beban gelombang • Hasil Analisis Struktur

Gaya Dalam Maksimum


Balok 27,87 4 36,69 4 Pile Cap Tipe 1 5,94 4 0,3513 4 Pile Cap Tipe 2 - - - -

Dari pemodelan ini didapat nilai reaksi perletakan maksimum pada tiang sebesar 62,23 ton.

• Penentuan Unity Check Range (UCR)

Penentuan UCR model struktur 2 dilakukan dengan kombinasi pembebanan tanpa load factor sebagai berikut :


Combo 1 1.0 DL+1.0 G+1.0 A


Combo 3 1.0 DL+1.0 LL+1.0 E

Combo 4 1.0 DL+1.0 LL+1.0 G+1.0 A+1.0 B

Hasil UCR dapat dilihat pada Gambar 5.26 . Berdasarkan hasil ini dapat diketahui range nilai UCR adalah 0,3-0,6 sehingga struktur tiang masih dalam batas aman.


Gambar 5.26 Hasil Unity Check Range model struktur 2 pada SAP 2000 Daya Dukung Tiang

Dari pemodelan ini di dapat juga nilai daya dukung terbesar dari hasil reaksi perletakan yaitu 62,44 ton.


• Perhitungan Momen Pilecap Tipe 1

Perhitungan momen ultimate pada pilecap tipe 1 untuk arah memanjang dan melintang dilakukan secara manual. Ilustrasi dimensi pilecap tipe 1 baik untuk arah memanjang maupun melintang adalah sebagai berikut :

1,2 m

1,2 m1,5 m

Gambar 5.27 Ilustrasi Dimensi pilecap tipe 1 arah memanjang dan melintang

Perhitungan beban mati :

• Berat sendiri pilecap.

32,4 / 1 1,2

2,88 /

γ= × ×

= × ×

=

pilecap beton

pilecap

q b h

q ton m m

q ton mpilecap

m

• Berat sendiri pelat.

32,4 / 0.35 1,2

1,008 /

γ= × ×

= × ×

=

pelat beton

pelat

q b h

q ton m m

q ton mpelat

m

balok

m

• Berat sendiri balok.

( )32,4 / 0,5 0,8 0,350,54 /

balok beton

balok

q b h

q ton m mq ton m

γ= × ×

= × × −

=

Total beban mati (DL)


0,54 / 1,008 / 2,88 /4,43 /

balok pelat pilecapDL q q q

DL ton m ton m ton mDL ton m

= + +

= + +=

Total beban hidup (LL) 21,4 / 1,2

1,68 /= ×=

LL ton mLL ton m

m

LL

Beban Ultimate

1,2 1,68,004 /

= +

=uq DL

LL ton m

Perhitungan momen

Tinjau freebody diagram berikut ini

1,2 m

1,5 mM

q = 8,004 t/m

L = 0,6 m

V 1,2 m

1,5 mM

q = 8,004 t/m

L = 0,6 m

V

Gambar 5.28 Freebody diagram untuk arah memanjang dan melintang

Momen Terhadap Potongan (M)

2

2

0

12

1 *8,004*0,621,44

=

= −

= −

= − −

∑ potongan

u

M

M q L

M

M ton m

Gaya Geser (V)


0

12

1 *8,004*0,622,4

=

=

=

= −

∑ potongan

u

V

V q L

V

V ton m

Momen Ultimate = -1,44 ton-m, nilai momen ultimate yang didapat dari perhitungan ini dibandingkan dengan momen pada pilecap tunggal hasil analisis dari SAP2000 yang bernilai 5,94 ton-m dan momen ultimate maksimum pada balok yaitu 7,88 ton-m , jadi untuk perhitungan penulangan lentur pilecap tunggal dipakai Mu yang terbesar yaitu 7,88 ton-m. Untuk desain tulangan geser dipakai nilai Vu terbesar dalam hal ini diperoleh dari hasil analisis SAP2000 yaitu sebesar 15,77 ton.

• Perhitungan Momen Pilecap Tipe 2

Perhitungan momen pada pilecap tipe 2 juga dilakukan secara manual sebagai berikut.

Ilustrasi dimensi pilecap tipe 2 untuk arah memanjang dapat dilihat pada gambar berikut ini

2 m

1,2 m

0,35 m

1,5 m

α

1:161:16

Gambar 5.29 Ilustrasi Dimensi Pilecap tipe 2 arah memanjang

Perhitungan beban mati :

• Berat sendiri pilecap.

32,4 / 1 1,2

2,88 /

γ= × ×

= × ×

=

pilecap beton

pilecap

pilecap

q b h

q ton m m

q ton m

m

• Berat sendiri pelat.


32,4 / 0.35 1,2

1,008 /

γ= × ×

= × ×

=

pelat beton

pelat

pelat

q b h

q ton m m

q ton m

m

m

• Berat sendiri balok.

( )32,4 / 0,5 0,8 0,350,54 /

balok beton

balok

balok

q b h

q ton m mq ton m

γ= × ×

= × × −

=

Total beban mati (DL)

0,54 / 1,008 / 2,88 /4,43 /

balok pelat pilecapDL q q q

DL ton m ton m ton mDL ton m

= + +

= + +=

Total beban hidup (LL) 21,4 / 1,2

1,68 /= ×=

LL ton mLL ton m

m

LLm

Beban Ultimate

1,2 1,68,004 /

= +=

u

u

q DLq ton

Perhitungan momen

Tinjau freebody diagram berikut ini


1,2 m

1,5 m

Pu Tiang = 89 ton( dari analisis SAP2000)

M

qu = 10,8 ton/m

0,4036 m

Px = Pu cos α

α

V 1,2 m

1,5 m

Pu Tiang = 89 ton( dari analisis SAP2000)

M

qu = 10,8 ton/m

0,4036 m

Px = Pu cos α

α

V

Gambar 5.30 Freebody diagram untuk arah memanjang

Momen di Potongan (M)

2

2

0

1cos ( ) 20,35 0.4572 162,23*0,998* *8,004*122

21,06

=

= −

+⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎝ ⎠

= −

∑ potongan

u u

M

M P x q L

M

M ton m

α

Gaya Geser

0

1cos 2162,23*0,998 *8,004*12

58,1

=

= − +

= − +

= −

∑ potongan

u u

V

V P q L

V

V ton

α


Momen Ultimate = 21,06 ton-m, nilai momen ultimate yang didapat dari perhitungan ini dibandingkan dengan momen pada pilecap ganda hasil analisis dari SAP2000 yang bernilai 11,73 ton-m dan momen ultimate maksimum pada balok yaitu 28,96 ton-m , jadi untuk perhitungan penulangan lentur pilecap ganda dipakai Mu yang terbesar yaitu 28,96 ton-m.

2) Potongan Melintang

a. Pemodelan Struktur Untuk Keperluan Desain Tulangan Balok

Dalam pemodelan ini, beban balok dalam arah memanjang diwakili dengan beban terpusat pada masing-masing join, sedangkan untuk pelat dalam arah memanjang dan beban hidup dimodelkan dengan beban terdistribusi sesuai dengan tributari area. Tiang pancang dimodelkan mulai dari fixity point -2,5 meter terhadap seabed sampai dengan elevasi atas dermaga dan untuk tiang miring dimodelkan dengan kemiringan 1:8. Dari pemodelan ini akan diambil nilai momen ultimate pada balok yang selanjutnya akan digunakan sebagai dasar dalam desain penulangan balok. Pemodelan struktur dermaga dalam arah melintang dapat dilihat pada gambar-gambar beserta uraian di bawah ini.

Gambar 5.31 Pemodelan 2D potongan melintang dermaga pada SAP 2000


Gambar 5.32 Pemodelan 2D potongan melintang dermaga pada SAP 2000

(extrude view)


Beban mati pada analisis struktur 2D ini adalah berat sendiri balok melintang dan pelat. Balok Memanjang Wbalok = ρbeton * l * b * t = 2400 * 4,5 * 0,5 * 0,8 = 4,32 ton Beban ini diaplikasikan pada tiap join di lantai dermaga sebagai berikut:


Gambar 5.33 Pemodelan beban balok memanjang pada SAP 2000 Pelat

Distribusi beban pelat mengikuti peraturan SK SNI 03 – 2847 - 2002 dengan area distribusi sebagai berikut: Diketahui: a = panjang area b = lebar area ---- = distribusi beban Bila a ≠ b, maka:

Bila a = b, maka:


Beban ini diaplikasikan pada lantai dermaga sebagai berikut:

Gambar 5.34 Pemodelan beban pelat pada SAP 2000

• Beban Hidup

Seperti telah disebutkan sebelumnya, beban hidup pada dermaga adalah beban UDL maksimum, yakni sebesar 1,4 ton/m2. Distribusi area sama dengan pembebanan pelat. Beban ini diaplikasikan pada lantai dermaga sebagai berikut:


Gambar 5.35 Pemodelan beban hidup pada SAP 2000

• Beban Gelombang


Telah dihitung sebelumnya, besar beban ini adalah 1, 4 ton dan beban terdistribusi dengan bentuk segitiga dari seabed hingga HWS.

2abL

=

dimana:


a : besar beban hasil perhitungan = 1,4 ton L : panjang tiang dari seabed hingga HWS = 5,72 m b : besar beban distribusi = 0,5 t/m




Beban ini pada potongan melintang datang dari arah memanjang dengan besar yang telah dihitung sebelumnya, yakni 3,8 ton. Beban ini diaplikasikan pada pemodelan seperti pada Gambar 5.21. • Beban Arus

Telah dihitung sebelumnya, besar beban ini adalah 0,068 ton/m dan beban terdistribusi dengan bentuk segitiga dari seabed hingga HWS.


pemodelan struktur dengan sap2000 - … · bab 5. pemodelan struktur dengan sap2000 . laporan tugas...

Documents