Sabtu, 30 November 2013

Verify Analysis vs Design Section

 

Setelah selesai merunning dan mendesain struktur baja dengan Sap2000 pastinya kita ingin mengetahui secara cepat apakah semua dimensi elemen struktur yang telah kita tentukan masih masuk dalam kondisi aman atau tidak. Hal ini bisa kita ketahui dengan cara mengecek nilai stress ratio-nya, yaitu nilai perbandingan antara gaya dalam ultimate (hasil beban kombinasi maksimum yang bekerja membebani bangunan) dengan kuat ijin masing-masing profilnya. Bila stress ratio kurang dari 1 (atau tergantung dari batas limit yang bisa kita tentukan sendiri tetapi disarankan nilainya tetap kurang dari 1) maka elemen struktur masih dalam kategori aman, tetapi jika lebih besar dari angka 1 maka kategorinya menjadi tidak aman, alias kita perlu mengganti batang profil tersebut dengan penampang profil yang lebih kuat.

Untuk memunculkan nilai stress ratio pada layar, setelah dilakukan proses “design” maka selanjutnya bisa dengan meng-klik: Design –> Steel frame design –> Display Design Info.. –> Design Input –> P-M Ratio Colors & Values. Terlihat ada beberapa macam pilihan design output, kita bisa memilih salah satu untuk menampilkan data-data output yang kita inginkan tampil pada layar.

2013-11-27_212504

2013-11-27_213332

Setelah melakukan langkah di atas, maka nilai stress ratio tiap batang akan ditampilkan seperti pada tampak screen capture berikut (permodelan di bawah hanya contoh dengan memperhitungkan beban mati sendiri saja):

2013-11-27_232322

Nilai stress ratio yang ditampilkan pada gambar di atas adalah nilai stress ratio kumulatif dari unsur P (axial) dan M (momen), baik untuk sumbu lemah maupun sumbu kuatnya. Sedangkan nilai stress ratio untuk geser (baik untuk sumbu major dan minor) terpisah dari nilai stres rasio P-M atau dengan kata lain tidak ikut dijumlahkan. Sehingga suatu batang struktur bisa saja memiliki nilai P-M ratio yang masih dalam kategori aman (nilainya kurang dari 1) namun ternyata masuk dalam kategori fail jika stress ratio untuk gesernya lebih dari 1.

Untuk mengecek penyebab utama kegagalan suatu batang profil (apakah lebih disebabkan oleh gaya aksial, gaya momen, atau gaya geser), maka kita perlu melihat lebih jauh ke dalam detail informasi output pada tiap batangnya. Caranya adalah cukup dengan meng-klik kanan suatu batang (dalam kondisi tampilan stress ratio sedang aktif). Maka akan keluar informasi data yang cukup lengkap mengenai hasil stress ratio suatu batang profil seperti di bawah.

2013-11-30_114503

Secara default, Sap2000 akan memperhitungkan gaya-gaya dalam batang yang terjadi pada lokasi tiap per 0.5 m panjang (maksimum). Jika panjang elemen 2 m, maka Sap2000 akan mendesain elemen struktur berdasarkan hasil gaya dalam di 5 titik (5 = (2 m/0.5 m)+1), yaitu pada titik di lokasi 0 m (ujung bentang awal), 0.5 m, 1 m, 1.5 m, dan 2 m (ujung bentang akhir).

Bagaimana jika panjang elemen tidak genap kelipatan 0.5 m, misalkan 5.25 m? Maka Sap2000 akan menganalisis tiap gaya yang terjadi di titik batang dengan kelipatan per = 5.25 m / (Roundup(5.25 m / 0.5 m)) = 5.25 m / 11 = 0.477 m. Pada window “Steel Strees Check Information” di atas titik2 ini ditunjukkan pada kolom “STATION LOC”.

Jika diamati, terlihat bahwa penyumbang nilai stress ratio terbesar akibat beban kombinasi 1 (DSTL 1) pada batang no 9 ada pada nilai B-MAJ-nya (0.044). Ini berarti gaya yang dominan bekerja pada elemen tersebut adalah gaya momen pada arah sumbu kuat-nya. Sehingga jika pun ingin dilakukan perkuatan (jika stress ratio yang terjadi cukup besar), dapat dilakukan dengan cara2 yang efektif (karena kita mengetahui inti permasalahannya ada di mana). Jadi, sebelum melakukan perkuatan atau penggantian elemen struktur, usahakan untuk mengecek bagian ini terlebih dahulu untuk mengidentifikasi sumber kegagalan.

Bila data di atas dirasakan tidak cukup lengkap, kita dapat mendapatkan informasi yang lebih detail dengan cara meng-klik tombol “Details” pada box “Display Details for Selected Items”.

2013-11-30_212110

Tombol ini akan menyajikan data-data yang lebih detail seperti terlihat pada capture layar di bawah:

2013-11-30_192859

Wow… Lengkap sekali ya.. :-) Bisa dibilang semua data hasil output desain yang menarik untuk diketahui dapat kita peroleh di sini. Dan ternyata baru terlihat bahwa Sap2000 memberikan pesan “warning” untuk elemen frame no 9 ini, yaitu berupa peringatan bahwa nilai kl/r > 200.

Waduh, kalo gitu gmana dong mas? Padahal stress ratio-nya kecil banget lho.. Perlu diperkuat gak tuh?

Tenang saja.. warning tersebut (kl/r < 200 = syarat kelangsingan kolom) perlu kita perhatikan dengan serius jika elemen yang kita tinjau adalah berupa elemen kolom atau balok yang memiliki gaya axial tekan yang cukup besar (untuk menghindari bahaya buckling). Untuk elemen balok murni, batas kelangsingannya tidak sekecil itu, batas nilai kelangsingannya bisa lebih “lega”.. yaitu: l/r < 300. Perhatikan, nilai l di sini tanpa perlu dikalikan dengan nilai k (faktor panjang efektif).

Dan jika ternyata profil yang kita tentukan tidak cukup kuat menahan beban yang terjadi (stress ratio > 1), maka kita dapat mengubah profil elemen secara langsung pada window “Steel Stress Check Information” (tanpa harus meng-unlock model), yaitu dengan meng-klik tombol “overwrites” pada box “Modify/Show Overwrites”.

2013-11-30_202659

Selanjutnya akan keluar window seperti berikut:

2013-11-30_212051

Klik pada item “Current Design Section” dan pilih profil yang diinginkan. Maka Sap2000 secara cepat akan mengganti profil lama dengan profil baru dan sekaligus menghitung keamanannya berdasarkan gaya dalam hasil analysis awal.

Yang perlu diingat adalah akibat perubahan profil ini sebenarnya hasil gaya dalam analysis awal sudah tidak berlaku lagi alias sudah tidak valid. Dengan kata lain, kita perlu melakukan analysis ulang untuk memperoleh gaya dalam yang benar yang telah mengakomodir perubahan profil. Apalagi jika kita mendesain struktur dengan menggunakan “Auto Select List” dimana Sap2000 akan memilihkan profil2 yang paling ekonomis untuk kita, maka kadang kita perlu melakukan berkali-kali analysis untuk menghasilkan output desain yang benar.

Untuk mengecek apakah hasil analysis sudah sinkron dengan profil hasil design dengan cepat, kita dapat melakukannya dengan cara meng-klik: Design –> Steel frame design –> Verify analysis vs Design Section.

2013-11-30_212653

Jika ok, maka Sap2000 akan memberikan pesan seperti berikut:

2013-11-30_212843

Dan jika tidak ok, Sap2000 akan memberikan pesan seperti berikut:

2013-11-30_213026

Klik “Yes” jika kita ingin mengetahui batang mana yang perlu direvisi.

Setelah hasil analysis dan design sinkron, selanjutnya cek stress ratio-nya. Untuk melakukan tujuan ini dengan cepat, dapat kita lakukan dengan cara meng-klik: Design –> Steel frame design –> Verify all Member Passed.

2013-11-27_211901

Jika semua batang dalam kondisi aman, maka akan keluar pesan seperti di bawah:

2013-11-27_211928

Tetapi jika ada satu atau beberapa batang yang fail, maka akan keluar pesan seperti berikut:

2013-11-27_232444

Terlihat Sap2000 secara otomatis akan menemukan batang yang fail dan menawarkan pilihan kepada kita apakah batang yang fail tersebut akan kita pilih (seleksi) atau tidak. Fitur ini sangat membantu terutama ketika kita sedang mencoba mendesain struktur baja yang cukup besar dan sangat kompleks dimana banyak batang “terlihat” berseliweran dimana-mana dan terlihat saling overlapping (jika dilihat secara 3D). Jika kita hanya mengandalkan kemampuan mata dalam upaya untuk mencari batang yang berwarna merah (warna batang yang fail), hal ini tidak akan efektif dan juga tidak bisa diandalkan karena kemungkinan terjadinya human error sangat besar.

Sekian untuk tulisan di penghujung bulan ini.. :-) Lagi2 mepet terus ya.. :-D

CMIIW….

8 komentar:

ikhsan setiawan mengatakan...

Untuk melihat gaya-gaya dalam maksimum hasil running sap2000 bagaimana caranya ya mas?

Made Pande mengatakan...

Untuk mengetahui gaya dalam maksimum (yang menjadi beban kritis dalam penentuan keamanan dimensi penampang) secara cepat bisa diakses dengan melakukan proses desain penampang terlebih dahulu (setelah analyis gaya dalam dilakukan). Misal untuk struktur baja, setelah dilakukan "Run Analysis", lalu klik: Design --> Steel Frame Design --> Start Design/Check of Structure. Setelah stress ratio tampil pada tiap batang, lalu klik kanan batang, maka akan muncuk jendela "Steel Stress Check Information" yang akan langsung meng-"hi-light" beban kombinasi maksimum. Tiap batang akan memiliki beban kombinasi maksimum yang tidak pasti sama. Jika ingin mengexport data gaya dalamnya ke dalam excel, pilih/select batang yang diinginkan, lalu klik: Shift+F12, maka akan keluar jendela "Choose Tables for Display". Centang box Analysis Result --> Element Output --> Frame Output --> Table: Element Forces-Frames --> Klik OK. Pastikan semua kombinasi beban sudah terpilih.

heri purnomo mengatakan...

kalau ada pertanyaan orang awam, ingin tahu refrensi dari hasil ratio kurang dari 1 yang menyatakan kuat. kira kira jawabannya bagaimana mas.?

Made Pande mengatakan...

Kenapa harus pakai referensi.. itu kan memakai logika sederhana saja bisa dipahami. Pahami dulu rasio itu membandingkan nilai apa dengan nilai apa. Di rumus2 SNI pun sebenarnya sudah terlihat bahwa (untuk tinjauan momen) Mu "<" atau "=" M.ijin, tinggal bagi saja kedua nilai itu dengan nilai M.ijin, maka didapat bentuk: Mu/M.ijin "<"/"=" 1. Gaya ultimate dibagi dengan kekuatan ijin ini yang dinamakan rasio keamanan di Sap2000 yang nilainya harus sama ataupun kurang dari 1.

Mr Engineer mengatakan...

Selamat sore pak Made
Saya Semadi ingin bertanya mengenai perhitungan gempa statik ekivalen dengan sap 2000.
saya membuat model portal 2d sederhana ( 5 lantai ) dengan tinggi tingkat 3.5 m, ukuran kolom 40/40 ( sama untuk semua tingkat ) dengan 3 kolom utk masing” tingkat. saya memasukkan gaya lateral tingkat ( Fx ) dengan menggunakan “user loads” di Sap 2000. setelah saya run di sap kenapa gaya geser pada kolom di bagian tengah lebih besar dari bagian yang luar ?
bukankah jika ukuran kolom dan properties materialnya sama, kolom dalam lantai yang sama akan menerima gaya geser yang sama pak ?
Mohon bantuannya pak
Terima kasih

Made Pande mengatakan...

Selamat sore juga Mr. Engineer. Ini jawaban dari saya hanya berdasarkan logika saja: Kolom tengah memiliki kekakuan tahanan lateral yang lebih besar daripada kolom pinggir. Kenapa? Karena ada dua balok yang berfungsi menahan rotasi. Sedangkan pada kolom di ujung bangunan hanya ada satu balok yang menahan. Kira2 begitu menurut saya. CMIIW.

Dipo Anom mengatakan...

Selamat siang bli Made,

Mohon pencerahannya thd masalah sbb:

Setelah "Run Analysis", kemudian Design --> Steel Frame Design --> Start Design/Check of Structure". Kemudian –> Verify analysis vs Design Section. Hasilnya "Analysis and design sections match for all section frames". Kemudian –> Verify all Member Passed. Hasilnya: "5 Steel frames failed stress/capacity check".

Di sisi lain saya check di "Show Input/Log Files" tidak ada Warning ataupun Error. Bagaimana cara mengatasi hal tsb?.
Mohon bantuannya bli.
Terima kasih.

Made Pande mengatakan...

Selamat siang Dipo Anom. Dari informasi yang Dipo sampaikan, tidak ada masalah dalam tahap Analysis (struktur stabil). Jadi tentu saja tidak akan ditemukan Warning atau Error di dalam file "Show Input/Log Files". Masalahnya ada di dalam tahap Design Frame, yaitu kuat ijin elemen lebih kecil daripada gaya yang dipikul sehingga timbul pesan: "5 Steel frames failed stress/capacity check". Solusinya 5 elemen frame tersebut perlu diperbesar kekuatannya bisa dengan cara memperkecil unbrace length atau ganti dengan dimensi profil yang lebih besar. Terima kasih.