DAMPAK PEMAKAIAN ‘DESIGN PREFERENCE’ PADA RANCANGAN STRUKTUR1 Studi Kasus : Analisis dan Design Balok Baja memakai SAP2000 versi 11.0 Wiryanto Dewobroto 1 1
Jurusan Teknik Sipil, FDTP, Universitas Pelita Harapan Email:
[email protected]
ABSTRAK Pada perancangan struktur, ada proses analisis struktur dan desain penampang, yang pada dasarnya berbeda, baik ditinjau dari sisi tujuan maupun strategi pelaksanaannya. Saat ini perancangan struktur dipermudah dengan adanya structural analysis program (SAP), sehingga proses keduanya terlihat seperti satu kesatuan. Data analisis langsung dipakai secara otomatis pada proses desain, khususnya karena ada opsi default design settings (CSI 2007). Meskipun manual SAP juga menyarankan agar direview terlebih dahulu untuk memastikan apakah parameter tersebut sudah sesuai. Dalam banyak kasus review hasil relatif susah dan tidak dilakukan, tetapi default design settings tetap dipakai. Jika demikian tentu ada dampaknya, hasilnya bisa boros (overdesign), aman (optimal) atau berbahaya (underdesign). Makalah ini menyajikan hasil penelitian dampak yang dimaksud pada SAP komersil, yaitu SAP2000, untuk digunakan sebagai pembanding memakai program SAP secara benar. Materi dibatasi pada analisis dan desain balok baja yang relatif sederhana sehingga mudah dimengerti. Kata kunci: LTB, lateral torsional buckling, pemodelan , analisis, desain baja
1.
PENDAHULUAN
Proses perencanaan struktur, umumnya mencakup: [1] analisis struktur, dan [2] desain penampang, yang dikerjakan secara trial-and-error agar hasilnya optimum. Oleh karena itu, adanya structural analysis program (SAP) komersil seperti SAP2000 atau ETABS, yang saat ini dapat melakukan keduanya (CSI 2007) tentu sangat membantu. Penggunaan SAP, berbeda dibanding program komputer umum (general application computer software), seperti Photoshop, AutoCAD, atau MS-Word, dimana hasil yang tertangkap indera dapat langsung digunakan. Pada SAP, hasil dari komputer bisa saja menjadi tidak bermakna ketika terbukti berbeda di lapangan. Itu dimungkinkan karena yang diproses SAP adalah model dan bukan struktur real. Model merupakan hasil interprestasi insinyur berdasarkan pengetahuannya tentang perilaku struktur real yang ditinjaunya. Jadi bisa terjadi, meskipun awalnya terlihat ‘benar’, tapi ternyata tidak bisa mewakili kasus real sesungguhnya (tidak berguna atau pekerjaan sia-sia). Dengan dasar pemikiran seperti itu, maka wajar jika pada manual SAP2000 terbaca bahwa developer pembuatnya dapat secara percaya diri menyatakan bahwa programnya ‘baik’, meskipun demikian tidak ada jaminan bahwa sembarang orang dapat memakai program dan langsung hasilnya pasti ‘baik’. Baca Kutipan-1 dari manualnya sbb : The design/check of steel frames is seamlessly integrated within the program. . . . The programs are very practical tools for the design/check of structures. However the user must thoroughly read the manuals and must clearly recognize the aspects of design that the program algorithms do not address. The user must explicitly understand the assumptions of the programs and must independently verify the results. (CSI 2007) Kutipan-1 menunjukkan bila ternyata hasilnya ‘tidak baik’, maka itu adalah tanggung jawab pemakainya (user) dan bukan tanaggung jawab pembuatnya. Itu berarti bahwa insinyur selain harus mampu mengoperasikan SAP secara produktif, juga wajib memahami karakter program yang dipakai, serta mampu memverifikasi hasilnya secara mandiri. Suatu pernyataan yang mudah dikatakan tetapi tidak mudah dilaksanakan. Bagaimanapun juga, program SAP komersil, seperti SAP2000, merupakan produk canggih, mengadopsi kemajuan teknologi numerik terkini. Sedangkan di sisi lain, insinyur pemakai umumnya relatif awam terhadap teknologi numerik terkini, dan hanya berbekal pengetahuan dasar klasik pada level sarjana. Oleh karena itu, hanya insinyur yang aktif untuk terus menerus belajar, yang dapat memenuhi persyaratan di atas. Makalah ini ditulis untuk mewujudkan pembelajaran yang dimaksud, khususnya pada proses desain struktur baja dengan SAP komersil, yaitu SAP2000 ver 11, sekaligus untuk membuktikan bahwa memahami karakter program dan kemampuan verikasi adalah tidak sederhana. Bahasan materi dibatasi pada desain balok baja pada struktur lantai, yang dianggap umum dan cukup sederhana untuk dipahami. Jadi jika dijumpai masalah yang perlu menjadi perhatian, maka tentunya untuk struktur yang lebih kompleks dapat dilakukan penelitian lebih lanjut. 1
Seminar KonTekS-4, (Unud - UPH – UAJY), Wisma Wisata Werdhapura, Sanur, Bali (2-3 Juni 2010) 1
2.
MASALAH KESINAMBUNGAN SEAMLESSLY ANALISIS - DESAIN SAP2000
Meskipun disebutkan bahwa proses analisis dan desain dapat menyatu (seamlessly) dan terintegrasi (CSI 2007), tetapi pada dasarnya keduanya berbeda, baik ditinjau dari sisi tujuan atau strategi pelaksanaannya. Jika dianggap dapat menyatu maka tentu ada ‘penghubung’. Jika itu benar maka penghubung yang dimaksud tentu hanya benar pada suatu batasan tertentu. Dari ketentuan desain yang baku (AISC 2005) ‘penghubung’ yang dimaksud umumnya disusun dari fakta empiris yang diolah berdasarkan kriteria statistik, atau bahkan ada yang hanya didasarkan pada judgement yang telah disepakati bersama diantara para insinyur. Analisa struktur untuk desain struktur baja biasanya cukup mengandalkan metode elastik-linier (first order analysis) dan kalaupun non-linier masih tetap pada kondisi elastis (second order analysis). Adapun untuk desain penampang yang menerapkan konsep limit state design (AISC LRFD 2005), tahapan evaluasi mencakup kondisi elastis-linier maupun kondisi in-elastik non-linier sekaligus. Itu diperlukan untuk menjamin hasilnya aman dan dapat dipakai. Salah satu hal yang penting pada proses desain balok baja, tetapi dapat diabaikan pada proses analisis adalah tentang stabilitas. Pada balok, maka stabilitas yang dimaksud adalah lateral torsional buckling (LTB), sehingga insinyur harus memastikan tersedianya pertambatan lateral yang cukup pada bagian profil baja yang mengalami desak. Untuk itu bisa digunakan cross-frame atau diaphragma khusus (Segui 2007), juga ada yang lain seperti sayap profil yang disatukan dengan lantai dengan cara steel deck (jika memakai) yang dilas. Adapun efektifitas pertambatan lateralnya perlu engineering judgement (McCormac 2008). Jadi jika pada pemodelan struktur balok tidak mempertimbangkan adanya cross-frame atau diaphragma, maka informasi tentang tingkat pertambatan lateral untuk mencegah LTB tentunya perlu diberikan khusus dalam proses desainnya. Pada kenyataannya proses desain dapat berlangsung dengan memakai data-data analisis dan tanpa perlunya data baru. Itu dimungkinkan karena program menyediakan Steel Frame Design Preferences (CSI 2007), selanjutnya disebut design-preference saja, yang tersedia otomatis. Adanya fasilitas design-preference menjadikan program SAP2000 lebih user-friendly dan terlihat praktis, sehingga menjadi faktor penting mengapa program tersebut dibeli. Kutipan-2 dari manualnya menarik untuk dibaca : Default values are provided for all preference items. Thus, it is not necessary to specify or change any of the preferences. However, at least review the default values to ensure they are acceptable. (CSI 2007) Kutipan-2 meyakinkan bahwa design-preference yang ada cukup lengkap, tanpa perlu diubah lagi. Padahal kutipan selanjutnya menugaskan insinyur dan bukan komputer untuk mengevaluasi apakah hasilnya dapat terima atau tidak. Design-preference menawarkan kemudahan dan kepraktisan sehingga insinyur cenderung menggunakannya pada setiap kasus yang ada. Apalagi jika insinyur tidak menguasai segi desain secara mendalam, juga jika ada tuntutan waktu penyelesaian yang mendesak. Kondisi itu tentu dapat menyebabkan bahwa pada suatu kasus, hasil desainnya cukup optimum, tetapi bisa juga pada kasus lain lebih boros atau bahkan menjadi tidak aman sama sekali.
3.
HIPOTESIS
Dalam menuliskan kode-kode program komputer agar tercapai seamlessly pada analisis-desain, maka bisa terjadi bahwa apa yang diharapkan ‘developer program’ bisa berbeda dengan ‘pemakai program’. Ingat ada engineering judgement yang sifatnya dapat subyektif. Jika kemudian hal tersebut digabung dengan bervariasinya pemodelan, maka bisa menjadi faktor-faktor pemicu timbulnya ‘kondisi’ yang menyebabkan pemakai diwajibkan bertanggung jawab sendiri akan hasilnya. Kondisi yang dikhawatirkan tersebut tentunya dapat diatasi jika insinyur pemakai SAP selalu waspada dengan potensi-potensi yang dapat menyebabkan kondisi yang tidak diinginkan tersebut.
Gambar 1. Jarak Bebas Tidak Tertambat l33 and l22
2
Pada balok, parameter yang berkaitan dengan LTB adalah Lb atau jarak bersih tanpa adanya pertambatan lateral, yang mana manual program menentukan sebagai berikut (Kutipan-3) : In determining the values for l22 and l33 of the members, the program recognizes various aspects of the structure that have an effect on these lengths, such as member connectivity, diaphragm constraints and support points. The program automatically locates the member support points and evaluates the corresponding unsupported length. . . . By default, the unsupported length for lateral-torsional buckling, lLTB,is taken to be equal to the l22 factor. Bagi awam Kutipan-3 di atas tentu akan ditanggapi dengan lega, bahwa program dapat secara otomatis menentukan Lb yang dimaksud, jadi tidak perlu bersusah payah mengatur parameter tersebut pada proses desain. Sedangkan bagi insinyur yang memahami bahwa parameter Lb sangat menentukan kekuatan lentur tentu menjadi bertanya-tanya, kondisi yang bagaimana suatu hubungan antar elemen atau diaphragm constraint atau support restraint yang menentukan parameter tersebut dan apakah itu sudah sesuai dengan kemauan pemakai. Padahal untuk menentukan kondisi pertambatan kadang-kadang diperlukan judgement (McCormac 2008) yang sifatnya subyektif. Pada manual tidak ada penjelasan detail, meskipun terbaca sedikit petunjuk seperti di Kutipan-4 berikut : The preferred method is to model a beam, column or brace member as one single element. . . . If the member is manually meshed (broken) into segments, maintaining the integrity of the design algorithm becomes difficult. Dari kutipan-kutipan di atas, tersirat bahwa algoritma program juga mempunyai keterbatasan. Ada ketentuan khusus yang harus dipahami dan diikuti, dimulai dari pemodelan struktur untuk analisis sehingga proses desain agar dapat berlangsung seamlessly tidak hanya dari sisi kepraktisan tetapi juga dari sisi kualitas hasil desainnya juga.
4.
STRATEGI PENELITIAN YANG DILAKUKAN
Menemukan sesuatu yang dianggap menjadi potensi masalah (bug) pada program komputer adalah tidak mudah. Bug pada program komputer, khususnya yang berkaitan dengan strategi pemakaian, umumnya tidak serta-merta ketemu. Itulah salah satu alasan mengapa developer program profesional selalu meng-up-dated dengan versi baru. Untuk mengatasinya maka penulis meniru cara bagaimana mengevaluasi kualitas mutu beton, yaitu mengambil satu kecil sampel untuk dievaluasi secara cermat. Tidak menjadi masalah apakah sampel yang dimaksud tidak bisa serta merta mewakili kemampuan program secara keseluruhan. Tetapi jika terbukti ada masalah, karena hasilnya tidak sesuai harapan insinyur pemakai, maka itu cukup menjadi petunjuk untuk bagaimana bersikap. Untuk menghindari kesalahan akibat sampel yang dijadikan benchmark, maka digunakan kasus-kasus yang telah dipublikasikan secara terbuka, yaitu dari McCormac (2008), dan Salmon et.al (2009).
5.
KASUS-KASUS DESAIN STRUKTUR BAJA YANG DITINJAU
5.1 Masalah stabilitas pada analisis struktur atau design penampang Masalah stabilitas umumnya tidak perlu diperhitungkan saat analisis struktur, kecuali jika ada persyaratan desain yang harus dipenuhi, seperti ketentuan C1 (Stability design requirement) dan C2 (Calculation of required strengths) menurut code AISC 2005. Sedangkan pada proses desain harus memperhitungkan stabilitas meskipun menentukan tingkat stabilitas dari suatu struktur diperlukan engineering judgement (McCormac 2008), yang bersifat subyektif. Dengan melihat bagaimana SAP2000 menyelesaikan sampel berikut, maka subyektifitas developer pemrogramnya dapat dipelajari, sehingga insinyur pemakai punya kepercayaan diri seperti diharapkan developer pemrogramnya.
5.2 Balok dengan pertambatan lateral penuh (Mc Cormac 2008 hal. 269) Kasus 1 diambil dari Example 9-2 (Mc Cormac 2008 p.269) : balok profil baja W24 x 62, mutu Fy = 50 ksi, kondisi terkekang sempurna (Lb = 0), beban mati merata tambahan wD = 1.5 k/ft, berat sendiri dihitung, beban hidup terpusat PL = 30 kips di B, penyelesaian memakai cara LRFD dari AISC 360-05 / IBC 2006 (AISC 2005). Dari Load Factor Design Selection Table untuk profil W24 x 62 Fy = 50 ksi diperoleh φbMp = 574 kip-ft ; φbMr = 393 kip-ft ; Lp = 4.9 ft; Lr = 13.3 ft Ditinjau 5 (lima) model struktur balok dengan perincian sebagai berikut : 1. 2. 3.
Model 1 element : panjang segmen L= 30 ft > Lr= 13.3 ft Model 4 element : panjang segmen Lp= 4.9 ft < L= 7.5 ft < Lr= 13.3 ft Model 10 element : panjang segmen L= 3.0 ft < Lp= 4.9 ft
3
4. 5.
Model 4 element dengan link penghubung. Model ini pada dasarnya adalah menempatkan dua model 4 element yang disejajarkan dan dihubungkan dengan LINK. Model 10 element dengan link penghubung. Model ini pada dasarnya adalah menempatkan dua model 10 element yang disejajarkan dan dihubungkan dengan LINK.
LINK adalah element yang menghubungkan secara aksial ke dua balok dalam arah sejajar axis-3 (lihat Gambar 1), lokasinya pada tempat yang umum dipakai lateral bracing. Agar hanya menghubungkan secara aksial atau hanya punya kekakuan aksial maka properti penampang ditetapkan (Area = 1 sedang yang lain Ix=Iy=0). Karena tidak mempunyai kekuatan untuk menahan puntir balok maka jika ditinjau keseluruhan dengan engineering judgement maka mestinya LINK tersebut tidak dapat berfungsi sebagai lateral bracing, apalagi penempatannya tidak pada sayap desak tetapi pada sumbu masing-masing penampang. Dengan pemahaman seperti itu, maka element LINK yang dipasang pada Gambar 2 berikut adalah hanya element dummy saja (tidak berguna dari sisi struktur). z PL = 30 k
x A
wD = 1.5 k/ft C
B
15 ft
15 ft
y
z
a). Pembebanan Balok
6
x
1
7
5
8
7
6
8
10
8
LINK (typ)
2 1
1
2
1
4
3
2
5
4
3
b). Model 1 Element
15 ft
e). Model 4 Element dengan LINK penghubung
4 @7.5 ft = 30 ft 1
2
3
1
4
2
15 ft
5
3
4
c). Model 4 Element
y
z
12 11
12 13
x
13 14
14 15
15 16
16
17 18
17
18 19
20 22
19 20
21
LINK (typ) 1
1
2 2
3 3
4 4
5 5
5@ 3 ft =15 ft
6 6
7 7
8 8
10 11
9 9
1
1 2
3 2
10
4 3
5 4
6 5
5@ 3 ft =15 ft
5@ 3 ft =15 ft
7 6
8 7
10 10 11
9 8
9
5@ 3 ft =15 ft
f). Model 10 Element dengan LINK penghubung
d). Model 10 Element
Gambar 2. Balok Kasus-1 dan model-model penyelesaiannya
Selanjutnya model di atas dianalisis dan langsung didesain dengan SAP2000 memakai opsi design preference yang tersedia secara default tanpa ada perubahan secara manual. Hasilnya disajikan dalam Table 1 berikut. Tabel 1. Design Balok Kasus-1 mengikuti Design-Preference SAP2000
No 1 2 3 4 5 6 Catatan :
Materi Design Manual (McCormac 2008) SAP-1 element SAP-4 element SAP-10 element SAP-4 element + Link SAP-10 element + Link
Mu (k-ft) 570.800 570.856 570.856 570.856 570.856 570.856 570.856 570.856 570.856 570.856 570.856
Cb 1.243 1.243 1.000 1.000 1.000 1.000 1.173 1.173 1.057 1.057
Lfactor 1 1 4 4 10 10 4 4 10 10
φMn(k-ft) 574.000 139.278 139.278 112.024 112.024 112.024 112.024 573.750 573.750 573.750 573.750
R 0.9944 4.0987 4.0990 5.0958 5.0960 5.0958 5.0960 0.9950 0.9950 0.9950 0.9950
%
Keterangan
100%
Referensi design
412%
SAP2000 Versi 7.4
412%
SAP2000 Versi 11
512%
SAP2000 Versi 7.4
512%
SAP2000 Versi 11
512%
SAP2000 Versi 7.4
512%
SAP2000 Versi 11
100%
SAP2000 Versi 7.4
100%
SAP2000 Versi 11
100%
SAP2000 Versi 7.4
100%
SAP2000 Versi 11
* R adalah ratio dari Mu : φMn * SAP2000 versi 7.4 dengan AISC LRFD 93 sedangkan versi 11 dengan AISC LRFD 05
4
5.3 Balok dan kantilever dengan pertambatan lateral terbatas (Salmon et.al 2009 hal. 455) Kasus-2 diambil dari Example 9.9.3 (Salmon et.al 2009 p.455) : profil baja W33 x 118, mutu Fy = 50 ksi, kondisi terkekang lateral pada titik tumpuan dan setiap beban terpusat, berat sendiri diabaikan. Solusi design memakai cara LRFD dari AISC 360-05 / IBC 2006 (AISC 2005). Dari Load Factor Design Selection Table untuk profil W33 x 118 Fy = 50 ksi diperoleh φb= 0.9 Zx=415 in3 Mp = 1730 kip-ft φbMp = 1560 kip-ft ; φbMr = 1080 kip-ft ; Lp = 8.2 ft; Lr = 23.5 ft z P1 = 16 kips (DL) 60 kips (LL)
x 1
2
P2 = 12 kips (DL) 28 kips (LL) 4
3
A
B
C
28 ft
24 ft
21 ft
52 ft
Lateral support of compression flange
Vertical support
a). Vertical dan Lateral Support P 1 = 60 kips (LL) P2 = 12 kips (DL)
P1 = 16 kips (DL) A
B
C
MU= 1240 kip-ft
a). Load Case I P2 = 28 kips (LL) P1 = 16 kips (DL) A
P2 = 12 kips (DL)
B
C
MU= 1350 kip-ft
b). Load Case II
c). Envelope Bending Moment on Beam
b). Load Case and their Load Combination Gambar 3. Balok Kasus-2 (Example 9.9.3 Salmon et.al 2009)
Ada dua kasus pembebanan (Load Case I dan II) dengan bending momen pada Gambar 3b. Karena kondisi tahanan lateral yang tertentu pada segment A, B dan C maka desainnya perlu dievaluasi terpisah. Pengaruh momen gradien diperhitungkan dalam parameter Cb (F1-1 AISC LRFD 05). Hasil untuk segmen C tidak terdapat pada buku Salmon (2009) sehingga perlu dihitung tersendiri, karena Lp < Lb < Lr maka digunakan pers. (F2-2 AISC LRFD 05). Tabel 2. Design Balok Kasus-2 mengikuti Design-Preference SAP2000
No
Materi Design
Mu
Cb
(k-ft)
1
Ref. Manual – segment A Manual – segment B Manual – segment C
2
SAP*1 : 3 Element (1-2) SAP*1 : 3 Element (2-3) SAP*1 : 3 Element (3-4)
3
SAP*2 : 3 Element (1-2) SAP*2 : 3 Element (2-3) SAP*2 : 3 Element (3-4)
4
SAP*3 : 3 Element (1-2) SAP*3 : 3 Element (2-3) SAP*3 : 3 Element (3-4)
5
SAP*4 : 3 Element (1-2) SAP*4 : 3 Element (2-3) SAP*4 : 3 Element (3-4)
1350 1350 1240 1349 1349 1243 1349 1349 1243 1349 1349 1243 1349 1349 1243
Lfactor
Lb (ft)
1.67 2.00 1.00 1.00 1.00 1.67 1.67 1.49 1.67 1.00 1.00 1.67 1.67 1.49 1.67
φMn
R
%
Keterangan
0.894 0.971 1.207 4.988 4.988 0.799 0.895 1.260 0.799 4.988 4.988 0.799 0.895 1.260 0.799
100%
Ref. to segment A
100%
Ref. to segment B
(k-ft)
24 28 21 -
2.167 1.857 1.000 2.167 1.857 1.000 2.167 1.857 1.000 2.167 1.857 1.000
1510 1390 1027 270 270 1556 1508 987 1556 270 270 1556 1508 987 1556
Keterangan Versi Program yang digunakan dan opsi yang diaktifkan: 5
100%
Ref. to segment C
558%
Segment A
515%
Segment B
66% 100%
Segment C
128%
Segment B
66%
Segment C
558%
Segment A
515%
Segment B
66% 100%
Segment C
128%
Segment B
66%
Segment C
Segment A
Segment A
*1
SAP2000 versi 7.4, LRFD 1993, Analysis Option : Plane Frame SAP2000 versi 7.4, LRFD 1993, Analysis Option : Plane Frame, D.O.F titik 2 dan 4 pada arah sb.2 di restraint *3 SAP2000 versi 11 , LRFD 2005, Analysis Option : Space Frame *4 SAP2000 versi 11 , LRFD 2005, Analysis Option : Space Frame, D.O.F titik 2 dan 4 pada arah sb.2 di restraint *2
6. PEMBAHASAN KASUS-KASUS YANG DITINJAU 6.1 Umum Meskipun hanya ditinjau dua kasus yang relatif sederhana, tetapi setelah dilakukan analisis dan desain berdasarkan opsi default, yaitu memakai design preference (CSI 2007), ternyata steel design memakai program SAP2000 tidak memberi hasil yang memuaskan dibanding penyelesaian desain dari buku rujukan (McCormac 2008, Salmon et.al. 2009). Hasil yang dijumpai bervariasi, jika dianggap penyelesaian desain dari buku rujukan dianggap benar hasilnya maka steel design dengan SAP2000 pada sebagian elemen menunjukkan kondisi yang under-design dan sebagian yang lain over-stress, atau dengan kata yang lain hasilnya unreliable (tidak dapat dipercaya). Selain itu hasilnya tergantung pemakai, karena ketika dilakukan beberapa cara pemodelan yang berbeda maka hasilnya langsung berubah ke arah mendekati hasil buku rujukan (hasil yang dianggap benar).
6.2 Pengaruh Versi SAP2000 yang digunakan Program SAP2000 adalah versi baru program SAP80 yang populer di era tahun 80-an. Sejak itu versi baru selalu dikeluarkan. Penelitian ini memakai SAP2000 versi 7.4 (Student) dan SAP2000 versi 11. Meskipun tahun keluaran keduanya berselisih cukup lama, juga digunakan code yang berbeda, yaitu AISC LRFD versi 1993 dan versi 2005, tapi dari sisi steel design diamati tidak ada perbedaan. Kedua program memberi hasil yang mirip, bahkan sama. Perbedaan diamati pada sisi analisis, program versi 11 terlihat lebih cerdas. Pada Kasus-2 ketika digunakan kondisi apa adanya, SAP2000 versi 7.4 menunjukkan kondisi error (struktur dianggap tidak stabil). Analisis dapat berjalan normal kembali ketika ‘Analysis Option Plane Frame’ diaktifkan secara manual. Sedangkan pada program SAP2000 versi 11 tidak perlu pengubahan manual, analisis dapat berjalan lancar meskipun memakai kondisi default, yaitu ‘Analysis Option Space Frame’. Kondisi ini tentu menarik, karena kalau hanya ditinjau dari sisi stabilitas struktur maka Kasus-2 strukturnya stabil. Kecuali itu, ketika dilakukan cara pemasukkan input data dengan strategi yang lain, ternyata error tidak dijumpai. Jadi ketidak-sempurnaan program telah diperbaiki pada versi yang baru.
6.3 Faktor-faktor penentu dalam steel-design Karena problem yang ditinjau relatif sederhana, yaitu steel-design pada balok dan menggunakan code AISC LRFD maka parameter desain yang diperlukan, tetapi tidak diberikan secara khusus selama proses analisis dapat diketahui, yaitu Lb dan Cb, masing-masing adalah jarak bebas tanpa pertambatan lateral (l22 pada Gambar 1) dan faktor momen gradien. Jadi yang menjadi penyebab hasil program berbeda dengan hasil manual acuan adalah dari bagaimana program menerjemahkan data-data dalam proses analisis untuk dijadikan parameter tersebut. Penentuan parameter Cb dianggap relatif mudah karena rumus F1-1 (AISC LRFD 05) cukup jelas pemakaiannya. Kesalahan dijumpai karena ada ketentuan dari AISC bahwa untuk struktur kantilever nilai Cb =1 (rumus F1-1 tidak digunakan). Jadi dari hasil desain pada Kasus-2 (lihat Tabel 2) terlihat bahwa nilai Cb pada element 3-4 tidak sama dengan satu, sehingga dapat disimpulkan bahwa program SAP2000, baik versi 7.4 maupun versi 11 belum bisa mengindentifikasi secara otomatis apakah strukturnya merupakan balok biasa atau kantilever. Dengan demikian para insinyur pemakai program harus mengaktifkan secara manual dengan opsi Overwrites. Jika dipaksakan memakai parameter default dari program tersebut maka desain struktur baja hasilnya bisa under-design (tidak aman). Penentuan parameter Lb oleh SAP2000 ternyata tidak sederhana seperti yang dibayangkan, seperti misalnya cukup dari panjang elemen lokalnya saja, tapi ternyata konfigurasi struktur secara keseluruhan mempengaruhi. Tentang bagaimana kompleksnya perhitungan yang dimaksud maka ada baiknya membaca kembali Kutipan-3 di depan. Jadi masalahnya mulai dapat diidentifikasi, karena tidak ada petunjuk lengkap pada manual SAP2000, maka ada kemungkinan terjadi kesalah-pahaman antara model struktur yang disiapkan insinyur, dengan program ketika akan melakukan ‘recognizes various aspects’ dalam menghitung nilai Lb yang diperlukan.
6.4 Faktor yang menyebabkan kesalah-pahaman Untuk menyatakan suatu kesalah-pahaman yang bersifat umum tentu tidak mudah, diperlukan cukup banyak sampel agar kesimpulan yang diambil bersifat umum. Meskipun demikian jika dibatasi pada kasus-kasus yang telah ditinjau maka mestinya dapat disebutkan, seperti sebagai berikut : 1.
Program SAP2000 secara otomatis mengevaluasi kondisi lateral torsional buckling (LTB) dari balok, yaitu dengan cara menentukan nilai Lb. Jadi untuk balok yang telah diketahui tertambat lateral secara baik seperti pada lantai komposit maka jika digunakan opsi otomatis dari program SAP2000 maka desainnya bisa berbeda dari yang sebenarnya karena bisa saja kekuatan hasil desain ditentukan oleh kondisi LTB, yang mana biasanya
6
lebih rendah dari nilai sebenarnya. Untuk mengantisipasi, perlu campur tangan insinyur untuk mengevaluasi nilai Lb yang dihitung oleh program, dan kalau perlu mengaktifkan opsi overwrite yang memang tersedia. 2.
Agar hasil steel-design sesuai harapan perlu penyesuaian pemodelan struktur. Jika hanya mempetimbangkan untuk keperluan analisis strukturnya saja adalah tidak cukup, diperlukan informasi tambahan khususnya kondisi restraint pada titik-titik yang dianggap mempunyai tambatan lateral. Ini merupakan hal yang mutlak, khususnya untuk struktur-struktur yang dimodelkan secara terbatas, seperti pada pemodelan 2D (plane frame). Jika struktur dapat dimodelkan secara 3D (space-frame) lengkap, maka ada kemungkinan SAP2000 dapat menghitung secara otomatis, meskipun kebenaran Lb-nya perlu dievaluasi ulang juga oleh insinyur.
3.
Ada ketidaksamaan persepsi antara pemodelan bagian yang mempunyai tambatan lateral, dengan kondisi real. Ada pemahaman bahwa profil desak disebut tertambat secara lateral jika dipasang bracing sedemikian sehingga profil tersebut tidak mengalami perputaran pada sumbunya. Dalam pemodelan kondisi tersebut seharusnya di restraint pada D.O.F rotasi, dan bukan rotasi. Dalam kenyataan yang dijumpai pada pemodean seperti yang terlihat pada Kasus-1 cukup dipasang LINK pada arah sumbu-3 yang tersambungkan secara aksial (sendi / pin). Juga pada Kasus-2, sebagai pengganti LINK ditetapkan kondisi restraint translasi pada arah sumbu-3, yaitu δy. Kondisi tersebut tentu tidak selaras dengan kriteria pertambatan lateral seperti yang telah dikemukan di atas. Jadi bisa saja dikatakan, bahwa apa yang dianggap tertambat lateral oleh program, ternyata tidak dipahami sama secara manual, demikian pula sebaliknya.
7.
SIAPA YANG BENAR ATAU SIAPA YANG SALAH
Adanya temuan yang tidak memuaskan dalam pemakaian SAP2000 seperti di atas tentu menimbulkan pertanyaan, siapa yang menjadi sumber masalah : [1] Program SAP2000 yang tidak reliable atau, [2] insinyur pemakainya yang tidak kompeten. Jawaban yang muncul tergantung dari bagaimana sikap pemakainya terhadap program tersebut. Jika pemakai mengganggap bahwa SAP2000 adalah suatu yang sangat hebat, yang dapat menyelesaikan semua masalah secara otomatis sehingga pemakai tidak perlu tahu hal-hal apa yang dikerjakan program, maka ketika kemudian ditemukan fakta ketidak-sempurnaan, orang tersebut cenderung menyalahkan program komputer. Sedangkan orang lain yang menganggap bahwa SAP2000 adalah seperti produk teknologi lainnya, yaitu jika dapat memakai secara tepat tentu akan sangat berguna, sedangkan jika tidak bisa memakai dengan baik maka cenderung tidak bermanfaat bahkan bisa-bisa membawa bahaya. Adanya pembahasan di atas menunjukkan bahwa jika dapat dipahami keterbatasan suatu program, maka dengan memberi masukan atau perubahan pada parameter design-preference dengan opsi overwrite yang memang telah disediakan, maka akhirnya SAP2000 dapat menampilkan hasil yang memuaskan.
8.
KESIMPULAN
Program SAP2000 (www.csiberkeley.com) merupakan salah satu structural analysis program komersil yang dapat melakukan analisis dan desain struktur balok baja secara mudah dan terintegrasi (seamlessly). Meskipun demikian untuk mendapat hasil yang benar maka insinyur perlu memeriksa beberapa parameter desain (Lb, Cb) yang diolah komputer agar sesuai dengan kondisi struktur yang sebenarnya. Fakta ini juga merupakan bukti yang menunjukkan bahwa program komputer yang canggih sekalipun hanya berguna sebagai alat atau tool. Hasil akhir suatu hasil rancangan rekayasa adalah terletak pada insinyur perencananya.
DAFTAR PUSTAKA AISC. (2005). “ANSI/AISC 360-05: An American National Standard – Specification for Structural Steel Building”, American Institute of Steel Construction, One East Wacker Drive, Suite 700, Chicago, Illinois Cook, Malkus, Plesha and Witt. (2002). “Concept and Applications of Finite Element Analysis 4th Ed.”, John Wiley & Sons. Inc. CSI. (2007). “Steel Frame Design Manual AISC 360-05/IBC2006 - For SAP2000 and ETABS”, Computer and Structure, Inc., Berkeley, California McCormac, J. (2008). “Structural Steel Design 4th Ed.”, Pearson Internatioanl Edition, USA. Salmon, C.G., J.E. Johnson and F.A. Malhas. (2009). “Steel Structures: Design and Behavior - Emphazing Load and Resistance Factor Design, 5th Ed.”, Pearson International Edition.
7
