BAB I
PENDAHULUAN
I. Umum Saat ini perkembangan ilmu pengetahuan sudah sangat pesat, begitu juga dengan ilmu rekayasa struktur dalam bidang teknik sipil. Perkembangan ini didukung oleh kemajuan teknologi yang semakin mutakhir sehingga berbagai permasalahan dalam rekayasa struktur sudah dapat dicari solusinya walaupun dengan persoalan yang rumit sekalipun. Seperti sekarang ini, dengan kemajuan teknologi tersebut maka perhitungan analisa struktur sudah lebih mengutamakan penggunaan program komputer dibanding dengan perhitungan secara manual karena dengan menggunakan bantuan program komputer maka pekerjaan akan semakin cepat dan tepat. Saat ini program komputer yang sering kita jumpai dipakai untuk perhitungan analisa struktur adalah seperti program SAP2000, ETABS, STAAD PRO dan masih banyak lagi perangkat lunak lain sejenisnya. Pada umumnya program lunak komputer tersebut didasarkan pada metode perhitungan dengan manual seperti finite elemen method (FEM) Metode Elemen Hingga (M.E.H) adalah suatu metode yang digunakan untuk meyelesaikan berbagai permasalahan dalam bidang engineering. Tipikal masalah yang timbul pada bidang engineering antara lain pada analisa struktur, heat transfer, fluida, transportasi massa dan elektromagnetik potensial. Setelah
Universitas Sumatera Utara
dekade delapan puluhan perkembangan metode ini sangat pesat karena pada saat itu juga telah dikembangkan dan digunakan
komputer untuk penyelesaian
masalah numeriknya. Jika tidak menggunakan komputer, metode elemen hingga ini mungkin sampai sekarang tidak akan digunakan dalam perhitungan praktis, karena akan memerlukan waktu yang cukup lama dan keakuratan yang kurang baik. Kemudian setelah dikembangkan komputer maka metode ini menjadi maju sangat pesat dan menjadi alat yang handal bagi para praktisi teknik sipil untuk menyelesaikan berbagai permasalahan yang ada didalam perhitungan analisa struktur, pada awalnya banyak dikembangkan bahasa pemrograman yang low level language dengan diperkenalkannya bahasa assembly dan high level language seperti Fortran, C++, Basic, Pascal dan lain-lain, hingga akhir-akhir ini semakin berkembang bahasa script programming yang dijadikan alternatif karena kemudahannya dalam membuat suatu aplikasi program, salah satunya adalah Matlab (Matrix Laboratory). MATLAB adalah sebuah program untuk analisis dan komputasi numerik, yang merupakan suatu bahasa pemrograman matematika lanjutan yang dibentuk dengan dasar pemikiran menggunakan sifat dan bentuk matriks. Bentuk bangunan sipil dapat dimodelkan sebagai plane frame (portal) dan truss (rangka). Pada penulisan tugas akhir ini struktur yang ditinjau adalah plane frame (portal) dimana definisi dari portal adalah kerangka yang terdiri dari dua atau lebih bagian konstruksi yang disambungkan guna stabilitas sedangkan definisi truss (rangka) adalah konstruksi yang tersusun dari batang-batang tarik
Universitas Sumatera Utara
dan batang-batang tekan saja, umumnya dari baja, kayu, atau paduan ringan guna mendukung atap atau jembatan. Dalam penggunaanya, program aplikasi komputer bidang rekayasa berbeda dengan program aplikasi komputer untuk umum. Proses atau tahapan penggunaanya dalam bidang rekayasa struktur / structure engineering meliputi : 1. Proses perencanaan ( analisa, desain dan pembuatan gambar struktur ) 2. Proses Pabrikasi ( mengimplementasikan gambar dan spesifikasi rencana ) 3. Proses Erection / Pengangkutan / Perakitan atau pelaksanaan di lapangan 4. Perawatan / perbaikan ( retrofit ) / evaluasi struktur
Hasil analisa dan desain struktur suatu program aplikasi rekayasa yang tidak benar dapat memberikan resiko kerugian yang tidak terduga besarnya dari segi biaya maupun kemungkinan terjadinya korban jiwa. Dalam tugas akhir ini disajikan suatu perbandingan perhitungan manual pada suatu portal yang dibebani oleh beban terbagi rata dan gaya horizontal
dengan menggunakan Metode
Elemen Hingga ( FEM ) dan Metode Cross (Hardy Cross) dan hasilnya dicek dengan menggunakan program Komputer SAP2000 versi 11.0. Dan apabila terdapat perbedaan dari hasil ketiga metode tersebut maka perlu dicari tahu mengapa hal tersebut dapat terjadi.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 1.1 Plane Frame dengan beban terbagi rata dan gaya horizontal II. Latar Belakang Permasalahan Pekerjaan dalam perencanaan teknik sipil untuk perhitungan struktur memiliki berbagai macam metode, baik metode yang dilakukan secara manual teoritis atau dengan menggunakan alat bantu dengan teknologi tinggi seperti penggunaan program-program komputer. Dengan penggunaan program komputer maka akan lebih memudahkan dan mempercepat pekerjaan dengan hasil yang lebih akurat. Perhitungan struktur pada suatu plane frame memerlukan waktu yang cukup lama dengan ketelitian yang akurat. Walaupun demikian, pekerjaan dengan analisa perhitungan secara manual terhadap plane frame juga masih dapat dilakukan jika struktur yang ditinjau masih dalam bentuk portal yang sederhana, dimana elemen-elemen pendukung portal tersebut belum begitu banyak, maka dengan demikian, perhitungan dengan manual untuk memperoleh hasil yang akurat dan waktu yang cepat masih memungkinkan untuk dilakukan.
Universitas Sumatera Utara
III. Tujuan Sesuai dengan latar belakang di atas maka tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah melihat perbandingan hasil analisa struktur dengan melakukan analisa perhitungan secara manual terhadap suatu struktur plane frame dengan menggunakan Metode Elemen Hingga (Finite Element Method) dan Metode Cross dan kemudian dibandingkan juga dengan hasil program Komputer SAP2000 versi 11.0. IV. Pembatasan Masalah Adapun yang menjadi batasan permasalahan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Beban yang terdapat pada portal adalah beban mati (termasuk berat sendiri) berupa beban terbagi rata dan beban terpusat arah sumbu x. 2. Struktur Portal yang akan dianalisa adalah portal 2 (dua) dimensi yang terdiri dari 3 (tiga) tingkat / 3 (tiga) lantai. 3. Perencanaan pada portal (frame) tidak diikutsertakan, walaupun material struktur frame terbuat dari beton tetapi perencanaan pembesian dari beton baik untuk pembesian utama ataupun sengkang untuk balok dan kolom tidak dibuat, hanya untuk perhitungan gayagaya dalam struktur saja. 4. Bahan bersifat homogen dan isotropis. 5. Perletakan yang digunakan adalah perletakan jepit-jepit. 6. Penampang balok dan kolom adalah persegi. 7. Analisa dilakukan secara Linier – Elastik menurut hukum Hooke.
Universitas Sumatera Utara
8. Analisa struktur hanya terhadap gaya lentur, gaya geser dan gaya normal. V. Metode Pembahasan Metode yang digunakan dalam kajian ini adalah secara analitis teoris yang didasarkan pada beberapa literatur dan dibandingkan dengan bantuan program komputer SAP2000 yang mengacu pada Metode Elemen Hingga (Finite Element Method). Analisa teoritis yang dilakukan dengan metode elemen hingga adalah pengerjaan perhitungan secara analitis (invers matrik) dan analisa dengan metode cross adalah analisa dengan distribusi momen dan perhitungan manualnya dibantu dengan menggunakan program Microsoft Excel. VI. Sistematika Pembahasan BAB I, Pendahuluan, berisi tentang perkembangan teknologi komputer yang mendukung perhitungan dalam pekerjaan teknik sipil sehingga dapat mempercepat pekerjaan perhitungan dan dengan hasil yang lebih akurat. Program SAP2000, ETABS, STAAD PRO adalah program komputer yang sering dipakai untuk menyelesaikan permasalahan dalam pekerjaan teknik sipil. Umumnya perangkat lunak yang digunakan tersebut berbasis pada Metode Elemen Hingga (MEH) untuk memecahkan masalah mekanikalnya. Tetapi perhitungan secara manual masih dapat digunakan jika struktur yang ditinjau belum begitu rumit. Dan ketelitian antara perhitungan secara manual tersebut dapat dibandingkan keakuratanya dengan hasil dengan pemrograman komputer. BAB II, Teori Dasar, berisikan tentang defenisi struktur secara umum yang mencakup kepada jenis dan kelas-kelas umum struktur serta elemen-elemen pendukung struktur seperti balok dan kolom yang menjadi elemen utama yang
Universitas Sumatera Utara
jika digabungkan akan dapat menciptakan berbagai jenis struktur seperti rangka kaku, pelengkung, portal, plat, cangkang dan lain sebagainya. Bab ini juga berisikan tentang prinsip-prinsip mekanika secara umum yang terdiri dari gaya dan momen, faktor keseimbangan, serta sifat mekanis material. BAB III, Metode Analisa, berisikan tentang konsep metode elemen hingga, sejarah perkembangan elemen hingga, dan dasar-dasar metode elemen hingga yang diarahkan pada metode Rayleigh-Ritz. Dan sebagai pembanding, pada BAB ini juga akan dibahas tentang metode cross dengan distribusi momennya yang mencakup terhadap pengaruh perletakan, faktor distribusi, dan akibat momen tidak seimbang. BAB IV, Aplikasi, membahas tentang contoh aplikasi penerapan perhitungan analisa struktur dengan meninjau suatu portal dua dimensi dengan dua tingkat dengan pembebanan beban terpusat searah sumbu x dan beban terbagi rata pada balok tingkat pertama dan kedua. Analisa perhitungan dilakukan dengan dua metode yaitu dengan metode elemen hingga (MEH) dan metode cross (distribusi momen). Dan hasil kedua metode tersebut diatas akan dibandingkan dengan hasil dari perhitungan dengan program SAP2000 versi 11.0. BAB V, Kesimpulan dan Saran, membahas hasil dari kedua metode analisa secara manual tersebut dengan perbandingan terhadap hasil perhitungan dengan menggunakan program SAP2000 versi 11.0.
Universitas Sumatera Utara
