PT. REKATAMA KONSTRUKSINDO

PT. REKATAMA KONSTRUKSINDO Structural Consultant

Wisma PEDE 5th Floor A507 MT. Haryono Kav. 17 Jakarta 12810 Ph: (021) 8301103

Hotel

Pulau Bawah Eco Resort

Bridge Assessment & Vibration Monitoring

Office

Long Span Bridge

Mall & Hotel Mall & Hotel

Office

Universal Testing Machine We are Centre of UTM, Come and See our Demo Units Available Stocks capacity: 20, 50, 100, 300, 500, 1000 kN Tensile Test

[

[

Compression Test

Bending Test

Transvere Test

 Suitable for various testing purpose of the

industries like steel bar, steel wire, concrete, and available for the application of tensile, compression, bending and shear, etc.  Closed-loop fuzzy control with precision servo valve  Fully integrated software application for controlling the tester, storing results, viewing and comparison. Model HT 9501-500 kN

PT Ostenco Promitra Jaya

Komplek Ruko Cempaka Mas Blok D No. 2 Jl. Letjen Suprapto, Jakarta 10640 Telp. 021-42884548, 42802050 Facs. 021-42884558 www.ostenco.co.id E~mail: [email protected]

PT. FYFE FIBRWRAP INDONESIA Ruko Pinangsia - Lippo Karawaci Jl. Pintu Besar Blok D, No.36 Tangerang 15811 Telp. 021-5585996/7 Fax. 021-5585897 Email : [email protected] Website : www.fyfeindonesia.com

www.meinhardt.co.id

SI Conversion Factors Quantity Length

Area

Volume

Mass Force Bending Moment Pressure, Stress Angle Temperature

Multiply inch foot yard mile (U.S. Statute)



by 25.400 0.305 0.914 1.609

millimeter meter meter kilometer square inch square foot

39.370×10-3 3.281 1.094 0.621 0.645×103 0.093

inch foot yard mile square millimeter square meter

in ft yd mi mm2 m2

square millimeter square meter cubic inch cubic foot gallon (US. liquid)

1.550×10-3 10.764 16.387×103 28.317×10-3 3.785

square inch square foot cubic millimeter cubic meter liter

in2 ft2 mm3 m3 l

cubic millimeter cubic meter liter pound (avoirdupois) kilogram pound-force newton pound-force-foot newton-meter pound-force per square inch kilopascal degree radian degree Fahrenheit degree Celcius

61.024×10-6 35.315 0.264 0.454 2.205 4.448 0.225 1.356 0.738 6.895 0.145 17.453×10-3 57.296 t˚C = (t˚F-32)/1.8 t˚F = 1.8×t˚C+32

cubic inch cubic foot gallon (US. liquid) kilogram pound (avoirdupois) newton pound-force newton-meter pound-force-foot kilopascal pound-force per square inch radian degree degree Celcius degree Fahrenheit

in3 ft3 gal kg lb av N lbf N-m lbf-ft kPa lbf/in2 rad

millimeter meter meter kilometer

to obtain

Note : Refer to ASTM E380 for more complete information on SI

Summary of SI Conversion Factors Multiply inch (in.) foot (ft) pound-mass (lb) pound-force (lbf) ksi ft-lbf psf plf

by : 25.4 305 0.454 4.448 6.895 1.356 47.88 14.59

to obtain : millimeters (mm) millimeters (mm) kilogram (kg) newton (N) N/mm2 joule (J) N / m2 N/m

Source : American Institute of Steel Construction, Inc.

mm m m km

Komputer Rekayasa Struktur dengan SAP2000

Sanksi Pelanggaran Pasal 72 Undang-Undang Nomor 19 Tahun 2002 Tentang HAK CIPTA 1.

2.

Barangsiapa dengan sengaja dan tanpa hak melakukan perbuatan sebagaimana dimaksud dalam Pasal 2 Ayat (1) atau Pasal 49 Ayat (1) dan Ayat (2) dipidana dengan pidana penjara masing-masing paling singkat 1 (satu) bulan dan / atau denda paling sedikit Rp 1.000.000 (satu juta rupiah), atau pidana penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan / atau denda paling banyak Rp 5.000.000.000 (lima miliar rupiah). Barang siapa dengan sengaja menyiarkan, memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran hak cipta atau hak terkait sebagai dimaksud pada Ayat (1) dipidana dengan penjara paling lama 5 (lima) tahun dan / atau denda paling banyak Rp 500.000.000 (lima ratus juta rupiah).

Seri Buku Teknik Sipil

Komputer Rekayasa Struktur dengan SAP2000 Wiryanto Dewobroto Universitas Pelita Harapan

April 2013

Penerbit Dapur Buku

Buku ini terbit atas usaha

LUMINA Press http://lumina-press.com dan

Penerbit Dapur Buku ISBN 978-602-7749-55-9

Penyunting dan perwajahan : W. Dewobroto Cetakan pertama: April 2013

Hak Cipta dilindungi Undang-undang. Dilarang mengutip atau memperbanyak seluruh atau sebagian isi buku ini tanpa izin tertulis pengusaha penerbitan.

PERNYATAAN PENTING =====================

Penulis dan pengusaha penerbitan buku ini telah bersungguh-sungguh mengupayakan hal-hal terbaik dalam mempersiapkan materi yang diterbitkan. Upaya tersebut mencakup usaha pengembangan kompetensi diri berdasarkan pengalaman riset maupun upaya pembelajaran formal maupun informal, sekaligus pengujian materi pada buku ini dengan memakai program komputer yang relevan, yaitu untuk memastikan bahwa hasilnya dapat dipertanggung-jawabkan sesuai dengan batasan yang disampaikan. Meskipun demikian, penulis maupun pengusaha penerbitan buku ini tidak berani menjamin bahwa materi pada buku ini pasti telah bebas dari kesalahan yang mungkin diketemukan di kemudian hari. Mereka juga tidak bisa dimintai pertanggung-jawaban atas segala keputusan yang timbul atas dasar informasi dan atau pengetahuan tertulis pada buku ini bila nantinya ternyata menimbulkan dampak negatif atau tidak sesuai harapan, serta merugikan pihak pengambil keputusan. Mereka memahami hak sepenuhnya pembaca untuk menyetujui atau menolak segala informasi dan pengetahuan yang disampaikan di dalam buku ini.

viii

Daftar Isi

Pernyataan Penting........................................................................................... xiii Daftar Isi................................................................................................................... ix Kata Pengantar................................................................................................... xvii Kata Pengantar Edisi 2007..........................................................................xviii Kata Pengantar Edisi 2004.............................................................................xix

Bab 1. Dasar-dasar Rekayasa Struktur Berbasis Komputer 1.1 Pendahuluan................................................................................................. 1 1.2 Komputer di Bidang Rekayasa Struktur........................................... 3 1.2.1 Pengaruh komputer di bidang rekayasa.............................. 3 1.2.2 Perlunya kompetensi engineer pemakai program........... 7 1.2.3 Evaluasi (desain) elemen struktur......................................... 8 1.3 Respons Struktur dan Batasan Analisis......................................... 11 1.3.1 Umum............................................................................................... 11 1.3.2 Pengaruh Pembebanan pada Material............................... 11 1.3.3 Linier................................................................................................ 13 1.3.4 Nonlinier......................................................................................... 15 1.4 Perilaku Struktur Elastis dan Formulasinya................................ 20 1.4.1 Mengapa perlu mempelajarinya........................................... 20 1.4.2 Hubungan Gaya dan Deformasi............................................ 21 1.4.3 Perilaku Batang Aksial.............................................................. 22 1.4.4 Perilaku Batang Torsi................................................................ 23 1.4.5 Perilaku Balok Lentur............................................................... 27 1.4.6 Pusat Geser , Pusat Gravitasi dan Pengaruhnya............. 28 1.4.7 Stabilitas Elemen......................................................................... 30 1.5 Solusi Numerik berbasis Komputer................................................ 33 1.5.1 Klasik................................................................................................ 33 1.5.2 Metode Numerik.......................................................................... 34 1.5.3 Solusi Numerik Analisa Struktur.......................................... 34 1.5.4 Formulasi Element FRAME pada SAP2000..................... 36 1.6 Strategi analisa struktur berbasis komputer............................... 36 1.7 Sebaiknya Engineer belajar apa ?..................................................... 39 1.8 Memahami Perilaku Struktur............................................................. 42 1.8.1 Observasi Fisik dan Hasil Uji.................................................. 43 1.8.2 Meniru yang sudah ada............................................................ 45 1.8.3 Mempelajari asumsi dasar...................................................... 47 1.8.4 Mempelajari dasar matematis pemodelan...................... 48 1.8.5 Studi parametris.......................................................................... 50 1.8.6 Memakai model struktur yang sederhana....................... 50 1.9 Pemodelan Struktur............................................................................... 51 Wiryanto Dewobroto - Komputer Rekayasa Struktur dengan SAP2000

ix

1.9.1 Komputer mengubah pola kerja engineer........................ 51 1.9.2 Prinsip dasar pemodelan struktur...................................... 52 1.9.3 Kategori model dari sisi geometri dan fungsi................. 55 1.9.4 Pemodelan Struktur Garis....................................................... 57 1.9.5 Rangka Batang (Truss).............................................................. 58 1.9.6 Balok, Portal dan Grid............................................................... 59 1.9.7 Rangka khusus dan perlunya variasi pemodelan.......... 60 1.9.8 Petunjuk tentang Pemodelan................................................. 62 1.10 Rangkuman................................................................................................ 64 Sumber Pustaka................................................................................................... 65

Bab 2. Formulasi Element FRAME dan opsi-opsinya 2.1. Elemen dan “Element”........................................................................... 67 2.2. Element dan Metode Kekakuan......................................................... 68 2.3. Joint dan D.O.F (Degree of Freedom)................................................ 69 2.4. Sistem Sumbu Koordinat (Global & Lokal)................................... 71 2.5. Orientasi Sumbu Lokal Element........................................................ 73 2.6. Orientasi Sumbu Lokal Nodal............................................................. 75 2.7. Sistem Koordinat Silinder dan Spherikal...................................... 78 2.8. Element FRAME - SAP2000................................................................. 79 2.8.1. Formulasi Portal Ruang (Space Frame)............................. 79 2.8.2. Formulasi Portal Bidang (Plane Frame)............................ 85 2.8.3. Formulasi Balok (Beam).......................................................... 88 2.8.4. Formulasi Grid.............................................................................. 89 2.8.5. Formulasi Rangka Batang (Truss)........................................ 90 2.9. Implementasi Element Frame pada SAP2000............................ 91 2.9.1. Pemodelan struktur................................................................... 91 2.9.2. Manipulasi Formula Element................................................. 94 2.9.3. Pengaruh Versi Program pada Cara Pemodelan............ 96 2.10. Rigid Offset...............................................................................................101 2.11. Efek P-Delta..............................................................................................105 2.11.1. Pendahuluan...........................................................................105 2.11.2. Konsep Dasar Efek P-Delta................................................105 2.11.3. Pengaruh Gaya Aksial dan Tekuk...................................107 2.11.4. Efek P-Delta dan Tekuk terhadap SAP2000...............108 2.11.5. Aplikasi Praktis......................................................................112 2.12. Pemodelan dengan Beban Bergerak.............................................114 2.12.1. Pemodelan Struktur Jembatan........................................114 2.12.2. Roadways atau Lanes..........................................................115 2.12.3. Contoh Pemodelan Jembatan...........................................116 2.12.4. Garis Pengaruh (Influence Lines)....................................117 2.12.5. Beban Hidup Bergerak (Vehicles)...................................118

x

Daftar Isi

Sumber Pustaka.................................................................................................120

Bab 3. Mengenal SAP2000 dan Cara Pakainya 3.1. Sejarah dan Perkembangannya.......................................................121 3.2. Versi Program SAP2000 dan pengaruhnya................................122 3.3. Program SAP2000 7.4 Versi Student.............................................122 3.4. Tampilan Awal Program.....................................................................123 3.5. Keterampilan Tingkat Dasar.............................................................124 3.5.1. Data Geometri dan Jenis Tumpuan...................................124 3.5.2. Modifikasi Data Geometri dan Tumpuan........................126 3.5.3. Tumpuan Elastik.......................................................................129 3.5.4. Data Pembebanan.....................................................................130 3.5.5. Contoh Aplikasi Sederhana (Gaya-Gaya Saja) .............137 3.5.6. Data Bahan Material................................................................144 3.5.7. Data Penampang Batang........................................................146 3.5.8. Contoh Aplikasi Lengkap (Gaya dan Lendutan)..........152 3.5.9. File-File yang Dihasilkan Program....................................154 3.5.10. Kesepakatan Tanda dan Arah Hasil Hitungan...........158 3.6. Keterampilan Tingkat Lanjut............................................................160 3.6.1. Fasilitas Grid dan Snap...........................................................161 3.6.2. Fasilitas Cut, Copy, Paste, Move, dan Delete..................163 3.6.3. Fasilitas Divide/Joint Frames..............................................165 3.6.4. Fasilitas Edit – Replicate (Ctrl+R)......................................167 3.6.5. Memanfaatkan Sifat Simetri Struktur..............................171 3.6.6. Memberi Penamaan Ulang pada Nodal / Element.....176 3.6.7. Fasilitas Impor/Ekspor Data................................................177 Sumber Pustaka.................................................................................................186 Bab 4. Aplikasi Element FRAME 4.1. Rangka Batang (Truss)........................................................................187 4.1.1. Rangka – Berbagai Type Beban...........................................190 4.1.2. Rangka – Beban Berpindah-pindah..................................198 4.1.3. Diagram Garis Pengaruh pada Rangka Bidang.............204 4.1.4. Rangka – Peletakan Miring...................................................208 4.1.5. Rangka – Peletakan Pendel...................................................211 4.1.6. Rangka – Kesalahan Fabrikasi.............................................214 4.1.7. Rangka Ruang Sederhana......................................................218 4.1.8. Rangka Bidang Bentang Lebar............................................222 4.1.9. Kubah Truss – Bentang Lebar..............................................229 4.1.10. Kubah Truss – Solusi Alternatif.......................................243 4.1.11. Kubah Truss – Solusi 1/8 Model.....................................255 4.1.12. Analisa Dinamik: Jembatan Rangka..............................261

Wiryanto Dewobroto - Komputer Rekayasa Struktur dengan SAP2000

xi

4.2. Balok (Beam)...........................................................................................269 4.2.1. Lendutan Maksimum Simple Beam..................................270 4.2.2. Differential Settlement pada Balok Menerus................273 4.2.3. Efek Thermal pada Balok Menerus...................................276 4.2.4. Balok dengan Profil Kabel Prategang (PC Beam)........279 4.2.5. PC Beam – Menerus Parabolik............................................285 4.2.6. PC Beam – Menerus Variatif.................................................290 4.2.7. Response Struktur Terhadap Beban Bergerak.............292 4.2.8. Analisa Dinamik Sistem 1 d.o.f Tanpa Redaman..........298 4.2.9. Analisa Getaran Bebas Bangunan Geser.........................301 4.3. Portal Bidang (Plane Frame)............................................................305 4.3.1. Tumpuan Elastik pada Struktur.........................................306 4.3.2. Efek Thermal pada Portal......................................................309 4.3.3. Efek Kabel Prategang pada Portal......................................313 4.3.4. Analisa P-Delta (Manual dan Otomatis)..........................317 4.3.5. Struktur Dinding Geser Berlubang....................................329 4.3.8. Analisa Plastis Portal Bidang...............................................336 4.3.9. Analisa Gempa dengan Response Spektrum.................347 4.3.10. Response Dinamik Terhadap Ledakan.........................356 4.4. Grid . .....................................................................................................361 4.4.1. Kantilever Lengkung................................................................362 4.4.2. Sistem Lantai Dua-Arah (Struktur Beton)......................366 4.4.3. Sistem Lantai Dua-Arah (Struktur Baja).........................373 4.5. Portal Ruang (Space Frame).............................................................381 4.5.1. Portal Ruang Statis Tertentu................................................382 4.5.2. Portal Ruang Statis Tak Tentu..............................................385 4.5.3. Kubah Gedung Bundar............................................................387 4.5.4. Tangga Putar Melayang..........................................................394 Sumber Pustaka.................................................................................................400

Bab 5. Desain Struktur Beton 5.1. Desain Penampang dengan SAP2000...........................................401 5.2. Metoda Kuat Rencana ACI 318M (SNI)........................................401 5.2.1. Umum.............................................................................................401 5.2.2. Kuat Perlu Penampang (Ru)..................................................402 5.2.3. Kuat Nominal Penampang (Rn)...........................................403 5.2.4. Faktor Reduksi Kekuatan.......................................................404 5.3. Identifikasi Elemen Balok dan Kolom...........................................406 5.4. Desain Balok Beton Bertulang.........................................................406 5.4.1. Menu desain dan aksesnya...................................................406 5.4.2. Strategi pembelajaran.............................................................410 5.4.3. Desain Balok Kantilever (Manual).....................................411

xii

Daftar Isi

5.4.4. Desain Balok Otomatis (Komputer)..................................415 5.4.5. Evaluasi Hitungan dan Kesimpulan..................................424 5.5. Desain Kolom Beton Bertulang.......................................................425 5.5.1. Desain Kolom Konvensional (Manual)............................426 5.5.2. Desain Kolom Otomatis (Komputer)................................435 5.5.3. Evaluasi Hitungan dan Pembahasan.................................440 Sumber Pustaka.................................................................................................448

Bab 6. Desain Struktur Baja 6.1. Perancangan Struktur Baja...............................................................449 6.2. Data Penampang dalam File Database.........................................449 6.3. Konsep Dasar LRFD..............................................................................454 6.4. Desain Balok............................................................................................454 6.4.1. Umum.............................................................................................454 6.4.2. Klasifikasi terhadap Tekuk Lokal.......................................455 6.4.3. Kuat Lentur Rencana dan Tambatan Lateral.................455 6.4.4. Kuat Geser Rencana.................................................................458 6.4.5. Desain Balok Kantilever LRFD (Manual)........................459 6.4.6. Desain Balok Kantilever LRFD (SAP2000).....................463 6.5. Desain berdasarkan Direct Analysis Method .............................476 6.5.1. Pendahuluan...............................................................................476 6.5.2. Perancangan Stabilitas...........................................................476 6.5.3. Parameter penentu stabilitas struktur baja..................477 6.5.4. Persyaratan analisis struktur..............................................478 6.5.5. Pengaruh cacat bawaan (initial imperfection)..............479 6.5.6. Penyesuaian kekakuan...........................................................481 6.5.7. Perbandingan kerja ELM dan DAM...................................482 6.5.8. Beban notional dan pelemahan inelastis........................482 6.5.9. Kuat nominal penampang.....................................................483 6.5.10. Ketersediaan program analisa struktur orde-2.......483 6.5.11. Contoh Desain dengan D.A.M...........................................486 6.6. Rangkuman, pembahasan dan kesimpulan................................492 Sumber Pustaka.................................................................................................494 Bab 7. Struktur MEMBRAN dengan Element Shell 7.1. Element pada program SAP2000...................................................495 7.2. Element SHELL.......................................................................................499 7.2.1. Aplikasi di Bidang Rekayasa Konstruksi.........................499 7.2.2. Membran, Plate dan Cangkang............................................499 7.2.3. Parameter Model Element Shell.........................................500 7.2.4. Pemberian Beban Element Membran..............................501 7.2.5. Gaya dan Tegangan Internal Membran............................505

Wiryanto Dewobroto - Komputer Rekayasa Struktur dengan SAP2000

xiii

7.2.6. Gaya pada Nodal-nodal Element........................................510 7.3. Fasilitas Pemodelan Element 2D....................................................511 7.4. Tutorial Pertama : PATCH-TEST......................................................515 7.5. Tutorial II : Aplikasi Tegangan-Regangan...................................527 7.5.1. Tegangan Uniaksial dan Beban Nodal Ekivalen...........527 7.5.2. Tegangan Uniaksial dan Orientasi Sumbu......................532 7.5.3. Semua Orientasi Lokal Element = Sb. Global................533 7.5.4. Sebagian Orientasi Lokal Element ≠ Sb. Global............538 7.5.5. Tegangan Bi-aksial....................................................................541 7.5.6. Tegangan Geser Murni............................................................547 7.5.7. Tegangan Biaksial dan Geser................................................549 7.5.8. Petunjuk dan Tip/ Trik Pemodelan Struktur................553 7.6. Tutorial III : Aplikasi Rekayasa........................................................556 7.6.1. Kantilever Non-prismatis......................................................556 7.6.2. Pelat Berlubang..........................................................................568 7.7. Implementasi Lanjut Solusi Plane-stress.....................................594 Sumber Pustaka.................................................................................................596 Bab 8. Engineering Judgement 8.1. Pendahuluan............................................................................................597 8.2. The Man Behind The Gun....................................................................598 8.3. Solusi Komputer yang Berlebihan..................................................599 8.3.1. Problem Stabilitas Rangka Batang Kompleks...............599 8.3.2. Program Canggih , tetapi dapat menyesatkan !............601 8.4. Batasan / Rumusan yang Perlu Dipahami..................................606 8.4.1. Analisa 3D dan Pelaksanaan di Lapangan......................606 8.4.2. Metoda Cross dan SAP2000, teliti mana ?......................609 8.5. Analisis 3D dan Interprestasi Hasilnya........................................617 8.6. Kesimpulan...............................................................................................624 Sumber Pustaka.................................................................................................625 Bab 9: Analisis Struktur Tingkat LANJUT Tekuk / Buckling 9.1. Perlunya Program Versi Terbaru....................................................627 9.2. Tekuk Elastis............................................................................................628 9.2.1. Metoda Enerji.............................................................................629 9.2.2. Metode Matrik Kekakuan (Chajes 1974)........................632 9.2.3. Metode Matrik Kekakuan (Pias Banyak).........................635 9.2.4. Verifikasi memakai SAP2000 v 10.0.................................637 9.2.5. Perbandingan Hasil dan Pembahasan..............................642 Sumber Pustaka.................................................................................................643

Tentang Penulis ................................................................................................647

xiv

Daftar Isi

Perbedaan antara siapa Anda hari ini dan siapa Anda lima tahun mendatang terletak pada orangorang dengan siapa Anda bergaul dan buku-buku yang anda baca. John C. Maxwell (2007) - Winning with People

buku ini ditulis sebagai kehormatan untuk dipersembahkan kepada keluarga besar

Drs. RM. L. Srihardjono + BM. Nemiarni dan

dr. R.A. Kresman Sp.KJ + MM. Susmandiyah di kota penuh kenangan, Yogyakarta

Mahkota orang-orang tua adalah anak cucu dan kehormatan anak-anak ialah nenek moyang mereka. [Amsal 17:6]

Kata pengantar Judul: “Komputer Rekayasa Struktur dengan SAP2000” Buku diusahakan oleh LUMINA Press, Jakarta

Betul, ini adalah kelanjutan buku Aplikasi Rekayasa Konstruksi dengan SAP2000 – EDISI BARU, penerbit PT. Elex Media Komputindo, Jakarta (2007), yang sempat dicetak ulang dan habis di toko-toko buku. Terkait hal itu, penulis menerima banyak permintaan, baik secara langsung, via email, komentar di blog (http://wiryanto.wordpress.com), juga jejaring sosial Facebook, tentang bagaimana mendapatkan buku tersebut.

Akan banyaknya permintaan tersebut, penulis senang dan bangga bahwa ide dan pikirannya diterima bahkan dicari, tetapi di sisi lain juga prihatin karena tidak berdaya memenuhinya. Syukurlah itu tidak berlangsung lama, LUMINA Press datang mengatasinya. Hebatnya, penulis diberi kebebasan untuk membuat buku kelanjutannya, adapun sisi bisnis penerbitan, akan ditanganinya. Suatu keistimewaan tentunya, tetapi jika dapat dimengerti bahwa pengelolanya juga berlatar belakang teknik sipil, maka tentu dapat dimaklumi, yaitu adanya titik temu pada kesamaan idealisme. Jadilah buku ini, Komputer Rekayasa Struktur dengan SAP2000, sebagai wujud idealisme penulis dan pengusaha penerbitan untuk menghasilkan buku-buku bermutu di bidang rekayasa, khususnya teknik sipil. Adanya perubahan judul, merupakan tindakan nyata akan idealisme tadi. Tiga kata pertama judul tersebut adalah fokusnya, yaitu usaha bagaimana insinyur dapat memanfaatkan komputer sebagai alat bantu di bidang profesinya. Komputer dalam hal ini dibatasi pada piranti lunak di bidang rekayasa, khususnya SAP2000.

Karena buku ini tidak ditujukan pada petunjuk mengoperasikan SAP2000, maka itulah alasannya mengapa masih mempertahankan versi 7.40, selain terdapat juga versi lain yang lebih baru. Dari sembilan bab pada edisi lama, akan ada lima bab mengalami perubahan signifikan, yaitu Bab 1, 2, 3, 5 dan 6. Ternyata, selain beberapa materinya mengalami pergantian, ketebalan bukunya juga meningkat, dari semula ± 564 menjadi ± 640 halaman.

Adanya cara pandang baru pada topik sama menyebabkan buku edisi ini layak dibaca, apalagi yang belum punya buku edisi sebelumnya. Akhir kata, dengan diterbitkannya buku ini, semoga dapat membantu para insinyur di Indonesia memanfaatkan komputer sebagai alat bantu kerja, khususnya program SAP2000, secara lebih baik.

Karawaci, Februari 2013 Wiryanto Dewobroto

Wiryanto Dewobroto - Komputer Rekayasa Struktur dengan SAP2000

xvii

Kata Pengantar Edisi 2007 Judul: “Aplikasi Rekayasa Konstruksi dengan SAP2000 – Edisi Baru” (564 hal.), Penerbit : PT. Elex Media Komputindo, Kelompok Gramedia, Jakarta

Puji syukur kepada Tuhan yang Maha Esa atas respons positip masyarakat peminat bidang rekayasa (konstruksi) terhadap edisi pertama buku ini, sehingga terdapat kesepakatan menerbitkan kembali edisi baru-nya. Untuk itu diucapkan terimakasih kepada bapak Arisubagijo, bapak Vincent dan ibu Elizabeth di Elex Media Komputindo, yang mendukung diterbitkannya buku-buku bermutu bagi masyarakat tersebut, yang meskipun jumlahnya relatif kecil tapi penting, karena menentukan kualitas pembangunan fisik Indonesia. Dalam edisi baru ini, penulis sekaligus akan memanfaatkannya untuk menambah beberapa bab baru yang berkaitan, yaitu tentang : • • •

Element SHELL untuk memodelkan struktur membran dalam menyelesaikan kasus-kasus tegangan-bidang / plane-stress (Bab 7).

Engineering judgement berdasarkan ilmu-ilmu dasar teknik untuk menginterprestasikan secara benar hasil keluaran komputer (Bab 8). Pembahasan advanced structural analysis dengan program SAP2000 terbaru untuk membahas keruntuhan tekuk / buckling. (Bab 9)

Materi pada bab-bab yang baru tersebut cukup banyak (sekitar ± 170 halaman), meskipun sebenarnya dapat dicetak dalam buku tersendiri, tetapi karena sifatnya advance maka materi buku lama tetap diperlukan sebagai pengantar memahami materi baru tersebut. Oleh sebab itu buku edisi baru ini patut dimiliki oleh pembeli buku edisi pertama. Ada beberapa materi lama yang dirasa kurang relevan dengan judul, ditulis ulang dan disesuaikan dengan perkembangan terkini. Ketidak-telitian pada buku edisi pertama juga telah diperbaiki, terima kasih kepada D. Fernandez atas infonya.

Gambaran secara cepat ‘materi’ buku ini dapat dibaca pada resensi buku edisi pertama oleh Prof. Bambang Suryoatmono (akademisi) dan Hanggoro Tri Cahyo (praktisi). Menjadi guest-researcher di Uni Stuttgart, Jerman, dan tugas belajar S3 di UNPAR, Bandung, merupakan dua hal yang mempengaruhi kualitas buku ini. Semua itu merupakan berkat kemurahan Tuhan yang diberikan melalui Universitas Pelita Harapan. Oleh sebab itu, penulis selaku dosen tetap disana, mengucapkan terima kasih yang tulus, khususnya kepada Prof. Dr.-Ing. Harianto Hardjasaputra, selaku direktur LPPM UPH dan bapak Ir. Jonathan L. Parapak M.Eng.Sc., selaku rektor UPH, yang mendukung terwujudnya hal-hal tersebut di atas. God Bless You. Semoga buku ini membantu memberi pencerahan bagi rekan-rekan sejawat dalam mendaya-gunakan program SAP2000 atau program rekayasa lain yang sejenis.

Taman Galaxi , Februari 2007 Wiryanto Dewobroto

xviii

Kata Pengantar

Kata Pengantar Edisi 2004 Judul: “Aplikasi Rekayasa Konstruksi dengan SAP2000” (423 hal.), Penerbit : PT. Elex Media Komputindo, Kelompok Gramedia, Jakarta

Komputer menjadi alat bantu yang menakjubkan dalam menyelesaikan problemproblem numerik maupun non-numerik (teks, grafis, suara, dan gambar) pada setiap aspek kehidupan bisnis yang ada. Demikian juga dalam bidang rekayasa konstruksi. Dengan digunakan perangkat lunak khusus untuk rekayasa, maka penyelesaian rekayasa untuk keberhasilan proyek-proyek konstruksi dapat dilakukan secara cepat, akurat. Bahkan dapat menyelesaikan kasus-kasus yang cukup kompleks secara mudah, jika harus diselesaikan secara manual.

Perangkat lunak yang dimaksud adalah program komputer SAP2000, ETABS, STAAD-III, GT-STRUDL, ANSYS, ABAQUS, ADINA, dan yang lain. Program-program tersebut berbeda dengan program komputer yang biasa dipakai umum, misalnya Power Point, Photoshop, Excel, Visual Basic, AutoCAD, dan lainnya, yaitu pemakai program komputer rekayasa dituntut untuk memahami latar belakang metode penyelesaian dan batasan-batasan yang dihasilkan dari program dan bertanggung jawab penuh atas hasil pemakaiannya. Umumnya developer program tidak mau bertanggung jawab untuk setiap kesalahan yang timbul dari pemakaian program. Hal itu terlihat dari berbagai disclaimer yang dinyatakan pada setiap manualnya. Meskipun demikian, pada manual selalu disajikan bukti perbandingan analisis yang menunjukkan bahwa program yang dibuatnya telah teruji dapat menyelesaikan kasus-kasus tertentu yang telah terbukti hasilnya. Kondisi tersebut memberikan suatu pemahaman bahwa dari satu sisi, pembuatnya mencoba meyakinkan kepada calon pemakai bahwa program yang dibuatnya sudah ‘benar’ dengan membuktikannya pada problem tertentu yang dapat diselesaikan dengan baik. Sisi lain, developer tidak mau bertanggung jawab jika timbul kesalahan dari pemakaian program bila dipakai orang lain. Artinya, pengguna harus bertanggung jawab sendiri dari keputusan memakai hasil program tersebut. Dengan kata lain, dapat juga disimpulkan bahwa penggunaan program yang tidak benar, berpotensi untuk menghasilkan kesalahan yang mempunyai risiko tinggi. Baik dari segi ekonomi maupun dari segi keselamatan kerja pelaksana atau pemakainya. Untuk menggunakan program dengan ‘benar’ diperlukan pemahaman yang cukup mengenai latar belakang teori yang digunakan, memahami setiap option yang tersedia, termasuk pemasukan data yang tepat dan mengetahui sejauh mana solusi yang dihasilkan masih dapat diterima.

Latar belakang teori yang dipakai umumnya tercantum pada manual programnya. Untuk program yang terkenal seperti SAP2000, manualnya cukup lengkap bahkan terlalu lengkap (baca: tebal). Selain itu, untuk memahami tidak semudah seperti membaca buku komik, perlu latar belakang pendidikan yang cukup. Dalam konteks lain, program-program rekayasa yang ada juga mengikuti trend software umumnya, yaitu dilengkapi efek visual sehingga program yang dibuat semakin mudah digunakan tanpa perlu membaca buku manual. Hal lain adalah tuntutan pasar, bahwa pemakaian program komputer mutlak dalam bisnis, karena dapat memberi kesan canggih yang dapat membantu aspek pemasaran dari jasa konsultasi teknik yang ditawarkan. Wiryanto Dewobroto - Komputer Rekayasa Struktur dengan SAP2000

xix

Tanpa perlu memahami teori secara lebih dalam, pemakai dapat secara mudah menjalankan program dan merasa sudah memahami betul programnya. Kondisi ini memungkinkan timbul kesalahan dalam pemakaian program seperti yang dibayangkan developer yang dapat menimbulkan kerugian besar, baik dari segi ekonomi maupun keselamatan pengguna hasil rancangan program rekayasa. Mengacu hal-hal tersebut, materi pada buku ini akan ditata dan disajikan sedemikian rupa agar selain terampil juga paham apa yang sedang dikerjakan komputer sehingga tahu hasilnya benar atau tidak. Sebagaimana yang diperlihatkan pada bab-bab berikut.

Bab 1: berisi pendahuluan tentang prinsip kerja komputer dalam memberikan suatu penyelesaian numerik untuk kasus-kasus rekayasa, karena ternyata penyelesaian yang diberikan bukanlah penyelesaian eksak, tetapi pendekatan saja. Jadi jika cara yang dipakai dalam pendekatan tidak benar, hasilnya tidak benar juga. Bab 2: berisi latar belakang teori dan formulasi yang digunakan program rekayasa pada umumnya, termasuk program SAP2000. Dengan mengetahui formulasi yang digunakan, maka data apa yang perlu dan signifikan dalam mempengaruhi hasil perhitungan komputer dapat diketahui, bahkan dapat dilakukan manipulasi sehingga keluaran yang dihasilkan sesuai dengan apa yang diperkirakan engineer.

Bab 3: berisi pengenalan mengenai program SAP2000, antarmuka apa saja yang tersedia dan apa kegunaannya. Untuk mempermudah pemahaman, disajikan banyak ilustrasi yang menarik yang dikembangkan baik dari buku manual program maupun dari sumber lain yang mendukung. Pada bab ini juga disajikan tutorial yang dapat membimbing bagi pemakai yang belum pernah mengenal program tersebut. Penyajian dikelompokkan untuk tingkat dasar dan tingkat lanjut, di mana yang terakhir tersebut berisi beberapa trik dan tip yang dapat digunakan untuk memberdayakan program. Bab 4: dapat dikatakan sebagai isi buku ini., dimana di sini disajikan banyak contoh penyelesaian kasus (lebih dari 42 kasus) yang dipilah-pilah dalam kategori struktur Truss, Beam, Frame, Grid, dan Space Frame, yang diambil dari sumber-sumber pustaka yang baku di dunia teknik sipil sehingga hasilnya dapat dibandingkan. Dan apabila ada perbedaan akan dibahas mengapa hal tersebut terjadi atau minimal tahu bahwa hasilnya ada perbedaannya. Dalam kenyataannya, tidak semua materi contoh dapat diperoleh dari pustaka yang ada, maka ada beberapa yang diambil dari materi yang digunakan dalam perkuliahan di Jurusan Teknik Sipil UPH, yaitu pada mata kuliah Komputer Rekayasa Struktur (2 sks).

Setiap kasus, dipilih dan dievaluasi sehingga dapat mewakili salah satu option kemampuan program, karena sebagai program yang general purpose, maka SAP2000 mempunyai banyak sekali fitur yang canggih, yang tidak mungkin diaplikasikan semuanya pada satu kasus sederhana. Apabila hal tersebut dipaksakan, tentu saja sangat sulit untuk dapat dilakukan evaluasi dalam pembelajaran. Dengan contoh-contoh yang diberikan, dapat dilakukan eksplorasi penggunaan program rekayasa SAP2000, antara lain untuk menyelesaikan kasus: • •

xx

Analisa statik mulai dari struktur sederhana sampai kompleks, misalnya space frame, tangga melayang, dan sebagainya. Analisa dinamik, termasuk beban impak, efek beban ledak, analisa response spektra, analisa riwayat waktu, eigenvektor. Kata Pengantar

• • • • • •

Efek gaya prategang pada struktur balok, portal, maupun truss. Struktur dengan penampang non-prismatik (linier dan parabolik). P-∆ efek dan simulasi manual. Garis pengaruh dan response struktur jembatan terhadap beban bergerak dari kendaraan yang melintas di atasnya. Pengaruh perbedaan suhu pada element struktur. Teknik mereduksi ukuran model pada struktur yang besar, tetapi bentuknya simetris, termasuk teknik penomoran nodal/element pada input melalui file teks untuk memanfaatkan option generate yang tersedia pada program sehingga hanya diperlukan data yang lebih sedikit dibanding teknik regular.

Bab 5: jika sebelumnya membahas tahapan analisis, maka pada bab ini dibahas tahapan desain, yaitu mengevaluasi apakah penampang yang digunakan memenuhi syarat-syarat perencanaan yang ditetapkan dalam peraturan perencanaan yang ada. Pada bab ini yang dibahas hanya desain struktur beton bertulang saja, hal tersebut dilakukan karena peraturan yang digunakan adalah ACI di mana peraturan kita di Indonesia juga mengacu pada peraturan tersebut sehingga manipulasi data yang dilakukan untuk menyesuaikan tidak terlalu banyak. Untuk memahami proses kerja program dan untuk menyakinkan bahwa manipulasi yang dilakukan telah sesuai, maka penulis menyertakan pula tahapan desain yang dilakukan manual.

Bab 6: membahas perancangan penampang struktur baja mengacu pada peraturan baja Indonesia terbaru, SNI 03-1729-2000. Tema yang diambil adalah perancangan balok cara LRFD. Dari tinjauan secara manual dan komputer, ternyata program SAP2000 yang mengadopsi AISC-LRFD dapat digunakan langsung tanpa perlu modifikasi seperti yang diterapkan pada perancangan struktur beton bertulang. Akhir kata, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang tulus kepada: •

•

•

Prof. Dr. Ir. Wiratman Wangsadinata dan rekan-rekan kerja di PT Wiratman & Associates Consulting Engineer – Jakarta, periode tahun 1989-1993, antara lain Ir. Steffie Tumilar M.Eng., Ir. Lani Maruta, Ir. Fauziah D., MM., Ir. Ferry Uswadi, Ir. Budi Hartono, MT., Ir. Eddy Purnomo (Popo) MM., Ir. Irawan Wibawa, MT., Ir. Toto Ismintarto, Ir. Hans Harsono MM., Ir. Suwantini, Ir. Eddy Prayitno MT., Ir. Hindrajaya, Ir. Lukas Tanri, Ir. Khrisna, Tjarna, dan lain-lain, di mana dalam lingkungan tersebut penulis memulai karir di dunia rekayasa konstruksi dan menjadi tahu apa yang dimaksud dengan engineering judgement. Dr.-Ing. Harianto Hardjasaputra selaku pimpinan PT Pandawa Swasatya Putra Consulting Engineer – Jakarta periode tahun 1994-1998 (beliau saat ini telah diangkat sebagai salah satu guru besar di Universitas Pelita Harapan) yang memberi peluang untuk studi lanjut di program magister dengan tetap dapat mencari sesuap nasi untuk kehidupan sehari-hari pada masa tersebut. Sekaligus juga kepada rekanan utama dari kantor konsultan tersebut, yaitu Mr. David Hoo dari PT L&M System Indonesia – Jakarta yang memberikan kepercayaan untuk turut serta dalam perencanaan dan pelaksanaan proyekproyeknya untuk tahun-tahun yang cukup lama. Pada masa-masa tersebut, penulis merasa telah mendapatkan kepercayaan dan tanggung jawab penuh sebagai structural engineer mandiri.

Segenap pimpinan Universitas Pelita Harapan, khususnya Bapak  Johannes Oentoro, Ph.D (Rektor), Bapak Prof. Dr. Muljono (Wakil Rektor I), Ibu Ferliana Suminto, M.B.A (Wakil Rektor II) dan Prof. Dr.-Ing. Harianto Hardjasaputra

Wiryanto Dewobroto - Komputer Rekayasa Struktur dengan SAP2000

xxi

•

•

•

• •

(Dekan FDTP) di mana dengan kebijakan yang dibuat beliau telah memberi suasana kondusif di UPH untuk penulisan karya ilmiah. Tidak lupa juga kepada Dr. Michael Elias di LPPM UPH atas insentif karya tulis yang diajukan.

Dr. Ir. Irwan KATILI dan Prof. Ir. Bambang Suryoatmono Ph.D., masing-masing di Pascasarjana Universitas Indonesia dan Universitas Katolik Parahyangan atas kuliah Metode Element Hingga–nya. Rekan-rekan di Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Desain dan Teknik Perencanaan, Universitas Pelita Harapan, yaitu : Ir. David B.S. Dipl. H.E, Ir. Minawaty, MT., FX. Mintar Sihontang ST., MT., Theresia K.D, SH., Markus, Pana, dan Sofyan atas kebersamaannya. Bp. Vincent dan Ibu Elizabeth dari Elex Media Komputindo yang mengevaluasi proposal buku ini dan bersedia mendengarkan dengan sabar setiap argumentasi penulis atas materinya sedemikian sehingga akhirnya dapat diterbitkan. Yosafat Aji Pranata ST, dosen Universitas Maranatha, Bandung yang bersusah payah membaca ulang naskah dan melakukan usulan perbaikan jika perlu.

Dik Hestun, Mbak Dewi, dan Mas Harry, ini buku papa yang ketiga, terima kasih atas dukungan kalian selama ini semoga dapat menjadi motivasi kalian untuk terus bertumbuh, berkembang dan berkarya demi kemuliaan-Nya.

Akhirnya, meskipun telah diupayakan dengan bersungguh-sungguh agar tidak ada kesalahan, baik sengaja maupun tidak disengaja di dalam buku ini, tetapi apabila masih dijumpai, dimohonkan maaf yang sebesar-besarnya. Jika ada tanggapan maupun kritik demi materi tulisan yang lebih baik, penulis akan menerima dengan senang hati.

Lippo Karawaci – Taman Galaxi – Ciumbuleuit Agustus 2004 Wiryanto Dewobroto

xxii

Kata Pengantar

Reliable result are obtained only when the analyst understand the problem, how to model it, behavior of finite elements, assumptions and limitations built into the software, input data format, and when the analyst checks for errors at all stages. It is not realistic to demand that analyst understand details of all element and procedures, but misuse of FEA can be avoided only by those who understand fundamentals. Cook et.al 2002