PENGENALAN SOFTWARE ANALISA & DESIGN STRUKTUR STAADPRO STAAD adalah singkatan dari STructural Analysis And Design, yang dirilis oleh Research Engineering di Amerika. STAAD merupakan salah satu program analisa struktur yang cukup populer di dunia dan banyak dipakai oleh konsultan-konsultan struktur kelas dunia. STAAD menggunakan teknologi yang paling mutakhir dalam metode finite-element, dengan metode input yang sangat interaktif dan mudah. Oleh karena itu, program ini layak dipelajari dan dipahami oleh para praktisi perencana struktur. Kelebihan dari STAAD dibandingkan program yang sejenis adalah kemudahan dalam penggunaannya. GUI (Graphical User Interface) nya dibuat sedemikian rupa sehingga pengguna gampang menggunakannya.
Interface/perangkat utama di dalam STAAD dapat dibagi menjadi 5 bagian yaitu : 1. Menu Pulldown (A) Letaknya adalah di atas layar, menu ini memberikan akses ke semua fasilitas yang ada di dalam STAAD. 2. Menu Toolbar (B) Toolbar ini terdapat dibaris kedua dari atas, yaitu berada di bawah Pulldown Menu. Yang berisi toolbar-toolbar yang paling sering digunakan. 3. Main Window Yaitu layar tempat bekerja, di sini model struktur dan hasil analisa akan ditampilkan. 4. Page Menu (C) Adalah sekumpulan tab yang letaknya disebelah kiri dari layar. 5. Area Data (D) Pada bagian sebelah kanan layar adalah Area Data.
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
1
(A) Menu Pulldown Toolbar Menu (B)
P a g e M e n u
Main Window
Area Data (D)
Gbr.1. Graphic User Interface dari StaadPro
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
2
Adapun urutan input data dapat diringkas berikut ini : a. Keterangan mengenai pekerjaan b. Geometri Struktur c. Bentuk dan Ukuran dari batang (property) d. Spesifikasi batang (bila ada) e. Kondisi tumpuan atau perletakan f. Kondisi Pembebanan Primer g. Kondisi Pembebanan Kombinasi h. Analisa Mekanika Struktur i. Desain Struktur ( Baja, Beton ) j. Tampilan hasil analisa.
JENIS ELEMEN Jenis elemen dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1. Elemen Batang (Beam Element) a. Truss 2D (Rangka batang 2D) b. Plane Frame 2D (Portal 2D) c. Grid/Floor d. Truss 3D (Rangka batang 3D) e. Space Frame (Portal 3D) 2. Elemen Segitiga 3. Elemen Segi Empat 4. Elemen Benda Pejal (Solid Element)
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
3
SISTEM KOORDINAT Ada 2 macam sistem koordinat yang dipergunakan di dalam Staad yaitu Sistem Koordinat Global dan Sistem Koordinat Lokal.
SISTEM KOORDINAT GLOBAL Sistem koordinat global adalah sistem koordinat di dalam ruang area pemodelan struktur X, Y, Z, dan perjanjian tandanya mengikuti aturan tangan kanan. Gambar berikut adalah gambar sistem koordinat global dengan arah displacement-nya. Selanjutnya boleh disebut sebagai sistem sumbu global.
Gbr.2. Sistem Koordinat Global berikut arah displacement
SISTEM KOORDINAT LOKAL Sistem Koordinat Lokal adalah sistem koordinat terhadap masing-masing elemen/batang itu sendiri. Dan juga mengikuti aturan tangan kanan sebagai perjanjian tandanya. Seterusnya boleh disebut sebagai sistem sumbu lokal. Gbr.3. menunjukkan sistem koordinat lokal dari sebuah elemen yang membentang dari titik “i” ke titik “j” . Sumbu memanjang x dari “i” ke “j” adalah merupakan arah positif.
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
4
Sedangkan sumbu lokal y dan z adalah merupakan sumbu-sumbu prinsip dari arah momen inersia elemen.
Gbr.3. Sistem Koordinat Lokal tergambar di dalam sistem global
TIPE STRUKTUR Hampir semua struktur dapat dianalisa dengan menggunakan Staad. Struktur Ruang (SPACE) dengan struktur portal tiga dimensi pembebanan dapat diaplikasikan dari segala arah. Struktur
Bidang
(PLANE)
menggunakan
sistem
koordinat
global
X-Y
dan
pembebanannya juga dalam arah yang sama pula. Struktur TRUSS, hanya mempertimbangkan elemen/batang yang mengalami gaya-gaya aksial saja, tidak ada momen sama sekali.
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
5
Struktur FLOOR, adalah struktur dua dimensi atau tiga dimensi, yang tidak mengalami pembebanan horisontal (global X atau Z). Apabila terdapat pembebanan dalam arah horisontal maka struktur harus direncanakan sebagai struktur SPACE.
MEMBER PROPERTIES Member properties atau sifat-sifat dari elemen/batang selama ini dikenal sebagai dimensi dari elemen, yakni ukuran-ukuran elemen, luas, momen inersia, momen perlawanan dan sebagainya. Member properties dapat berupa Prismatic Properties atau pun penampangpenampang standard yang bisa diambil dari tabel yang sudah disediakan oleh program.
PRISMATIC PROPERTIES Prismatic properties terdiri dari AX (luas penampang lintang), IZ (momen inersia terhadap sumbu-z), IY (momen inersia terhadap sumbu-y) dan IX (konstanta torsi). Apabila dikehendaki dapat pula ditambahkan AY (luas geser efektif pada sumbu-y), AZ (luas geser efektif sumbu-z), YD (tinggi dalam sumbu lokal y) dan ZD (lebar dalam sumbu lokal-z). Tabel berikut memberikan kebutuhan properties (minimum) untuk beberapa tipe struktur.
TIPE STRUKTUR
PROPERTIES YG DIPERLUKAN
TRUSS
AX
PLANE
AX, IZ, atau IY
FLOOR
IX, IZ atau IY
SPACE
AX, IX, IY, IZ
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
6
Gbr.4. Sumbu Lokal pada beberapa macam penampang
NOTE : sumbu lokal x dari penampang-penampang di atas tidak digambar karena menembus ke dalam bidang gambar.
TABEL BAJA BUATAN User dapat menyiapkan tabel baja sendiri sesuai keinginannya, dengan nama yang sesuai pula dengan keiinginan. Program selanjutnya dapat menemukan properties dari elemen tersebut dari tabel.
MEMBER RELEASE Salah satu ujung elemen atau kedua ujung elemen dapat di-release (dilepas pengekangannya). Pelepasan pengekangan ini dilakukan apabila dalam “pemodelan struktur” ternyata model menuntut kondisi yang tidak RIGID 100% seperti yang diasumsikan oleh program sebagai PORTAL RIGID. Komponen release ini dilakukan terhadap sistem koordinat lokal elemen yang bersangkutan.
TRUSS MEMBER Adakala nya di dalam suatu struktur portal rigid terdapat sebagian elemen yang hanya memikul gaya aksial saja (seperti Bracing misalnya), maka elemen-elemen ini dapat dipisahkan secara otomatis oleh program dengan COMMAND : MEMBER TRUSS.
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
7
CONSTANTS Constants atau sering dikenal sebagai konstanta adalah berisi : modulus elastisitas (E), berat jenis (DEN), Poisson rasio (POISS), dan sebagainya. Di dalam StaadPro telah dilakukan penyederhanaan yaitu sudah dikategorikan dalam 3 kelompok jenis material struktur yaitu : STEEL, CONCRETE dan ALUMINUM. Dengan memilih salah satu jenis material, maka secara otomatis telah didefinisikan konstanta-konstanta tersebut di atas.
SUPPORTS Support atau perletakan, didefinisikan sebagai PINNED, FIXED atau FIXED dengan mengijinkan pelepasan pengekangan pada beberapa Degree Of Freedom-nya.
MASTER /SLAVE JOINTS Master/slave joint diberikan untuk membantu pemakai dalam pemodelan Rigid-Link dari sistem struktur, dan berlaku sebagai Rigid Diaphragm.
BEBAN Beban pada struktur dapat diberikan sebagai : •
Joint load
: beban titik kumpul
•
Member load
: beban pada elemen
•
Temperature load
: beban akibat temperatur
•
Fixed-end member load
: beban pada ujunt elemen
Staad dapat pula melakukan perhitungan berat sendiri dari strukturnya, yang arah pembebanannya dapat diatur sesuai keinginan.
1. JOINT LOAD
Beban titik ini bekerja pada titik kumpul struktur dan bekerja pada sistem koordinat global. Beban positif bekerja pada arah positif koordinat.
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
8
Gbr.5. Arah dan penamaan dari beban titik terhadap sumbu global
2. MEMBER LOAD
Ada 3 (tiga) macam member load yang bekerja di dalam elemen struktur, yaitu : a. Beban distribusi merata (uniformly distributed load) b. Beban terpusat (concentrated load) c. Beban bervariasi lininer (linearly varying load)
Beban distribusi merata bekerja secara penuh atau sebagian di dalam suatu elemen. Beban terpusat bekerja di sembarang tempat sepanjang elemen. Beban bervariasi bekerja penuh sepanjang elemen, sedangkan beban trapesium bervariasi, bekerja penuh atau sebagian dari elemen. Beban bertanda positif adalah beban yang bekerja searah sumbu positif dari sistem koordinat, baik sumbu global maupun sumbu lokal. Berikut beberapa ilustrasi pembebanan dari member load.
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
9
Gbr.6. Konfigurasi dari Member Load
.
Penjelasan lebih detail dapat dilihat dalam Gambar 7.A,B,C,D berikut ini :
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
10
UNIFORM LOAD Format : No.elemen UNI GY {f1, f2, f3, f4} Gbr.7.A. Uniform Load
CONCENTRATED LOAD Format : No.elemen CON GY {f5, f6} Gbr.7.B. Concentrated Load
LINEAR LOAD Format : No.elemen LIN GY {f7, f8, F9}
Gbr.7.C. Linear Load
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
11
TRAPEZOIDAL LOAD Format : No.elemen TRAP GY {f10, f11, F12, f13} f10 ≠ f11 dan dalam hal f12 = 0 dan f13 = L maka f12 = f13 = 0 (seperti gambar di atas)
Gbr.7. D. Trapezoidal Load
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
12
3. AREA LOAD
Sering kali terdapat pembebanan merata pada bidang lantai (seperti misalnya beban lantai), dan dibutuhkan banyak sekali pekerjaan menghitung beban tersebut terhadap setiap elemen/batang pada lantai yang bersangkutan. Dengan menggunakan Area Load, pembebanan dapat dilakukan dengan mudah (beban per luas area). Program dengan sendirinya melakukan perhitungan tributary area terhadap setiap elemen batang pada lantai tersebut.
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
13
PRINT OUT DATA StaadPro membutuhkan perintah yang jelas mengenai Ouput data apa saja yang akan ditampilkan. Bila perintah ini tidak ada di dalam input data, maka output yang diharapkan juga tidak ditampilkan. Beberapa output data yang lazim dibutuhkan adalah : •
MEMBER END FORCES (gaya-gaya dalam pada ujung-ujung elemen)
•
MEMBER SECTION FORCES (gaya-gaya dalam beberapa lokasi per elemen)
•
JOINT DISPLACEMENTS (perpindahan titik)
•
SUPPORT REACTIONS (reaksi perletakan)
Dalam membaca output untuk gaya-gaya dalam, gaya-gaya dalam yang ditampilkan disesuaikan dengan Koordinat/sumbu lokal elemen.
Gbr 8. Aksi gaya dalam di ujung elemen
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
14
DESIGN Untuk Design, hanya akan dibahas Design untuk Baja dan Beton Bertulang saja. Untuk Design Baja menggunakan Allowable Stress Design (ASD) dari AISC, sedangkan untuk Design Beton Bertulang menggunakan ACI. Karena Peraturan Beton Indonesia SK SNIT-03-2002 sudah sangat mirip dengan ACI.
ASD-AISC Untuk Design Baja menggunakan ASD-AISC, yang perlu diperhatikan adalah parameterparameter yang terdapat di dalam Staad. Secara ringkas parameter-parameter yang dibutuhkan adalah : •
Code
: CODE AISC
•
Tegangan leleh baja
: FYLD
•
Ratio
: ratio adalah 1 untuk beban tetap, 1,3 untuk Beban sementara.
•
Faktor panjang tekuk
: (akan dibahas tersendiri)
•
Check code
: CHECK CODE
ACI Untuk Design Beton bertulang, parameter-parameter yang diperlukan adalah sebagai berikut : •
Code
: CODE ACI
•
Kuat beton
: FC
•
Tegangan leleh tulangan utama
: FYMAIN
•
Tegangan leleh tulangan sengkang
: FYSEC
•
Parameter-parameter pendukung lainnya (akan dibahas tersendiri)
•
Design Balok
: DESIGN BEAM
•
Design Kolom
: DESIGN COLUMN
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
15
CONTOH OPERASI STAADPRO 1. ANALISA STRUKTUR FRAME 2D 1.1. Pemodelan Struktur
1.1.1. Memulai Main Window untuk StaadPro Untuk memulai input data untuk analisa struktur, berikut adalah langkah-langkahnya : 1.
Klik File > New. Maka kotak dialog New akan muncul gambar seperti dibawah ini.
2.
Tentukan tipe struktur yang akan dianalisa dengan meng-klik check-box Plane dan menentukan unit yang dipakai yaitu klik KiloNewton dan Meter.
3.
Berikan nama file dengan nama Structure1, tentukan pula lokasi dimana file tersebut akan disimpan. Lalu klik OK.
4.
Klik Next untuk melanjutkannya.
Gbr 10. Kotak dialog awal New
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
17
Gbr 10A. Kotak dialog awal berikutnya
5.
Kotak dialog akan muncul, dimana STAAD akan menanyakan apa yang akan dilakukan selanjutnya. Apakah membuat model struktur atau mengedit proyek dari pekerjaan yang sudah ada. Disini dapat mempergunakan Structure Wizard, untuk menggambar struktur
6.
Untuk pembahasan kali ini akan dituntun untuk membuat struktur sendiri dari main window. Maka pada kotak dialog akan kita klik check list Add Beam, kemudian Finish.
7.
Maka kita akan dihadapkan pada layar main window sebagai berikut
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
18
Rotate
Symbols & Labels
Gbr 11. Page Menu Setup
8.
Menyiapkan geometri struktur. Umumnya tampilan pertama dari jendela window ini disertai dengan grid. Grid ini dapat diubah-ubah baik jumlah kotak pada sumbu X maupun dalam sumbu Y yaitu dengan mengubah Construction Lines yang terdapat pada Data Area. Display grid juga dapat diputar sesuai dengan kehendak, yaitu dengan cara melalui menu toolbar Rotate. Apabila grid ini ingin dihilangkan, maka dapat dilakukan dengan mengklik Menu Page > General. Untuk menggambar koordinat titik-titik nodal, non-aktifkan Snap Node Beam (klik x), sehingga yang tampil adalah Structure1.std-Nodes. Terdapat kotak yang bertuliskan Node, X, Y, Z. Klik kotak dibawah X pada Node 1, ketik angka 0 kemudian ENTER. Isilah koordinat masing-masing titik pada kotak-kotak tersebut. Bersamaan dengan itu, di dalam layar utama akan muncul titik-titik hitam yang telah di definisikan. Untuk menampilkan nomor titik, klik ToolBar Menu > muncul kotak dialog
(N), kemudian klik Apply > OK. Maka dalam layar akan tampil nomor titik.
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
19
joint coord
Gbr 12. Menentukan koordinat titik
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
20
Gbr 13. Menggambar elemen/member dengan menghubungkan 2 titik.
Sebagai persiapan membuat geometri struktur, Gbr.9 merupakan referensi dan dapat dibuatkan manualnya sebagai berikut : Titik nodal : No.titik
X
Y
Z
1
0.0
0.0
0.0
2
5.0
0.0
0.0
3
10.0
0.0
0.0
4
0.0
4.0
0.0
5
5.0
4.0
0.0
6
10.0
4.0
0.0
7
0.0
7.5
0.0
8
5.0
7.5
0.0
Sehingga didapatkan gambar titik-titik nodal (angka dalam lingkaran) seperti tergambar dalam
Gbr.14,
sedangkan
untuk
membuat
batang/member
adalah
dengan
menghubungkan satu titik dengan titik lainnya (contoh titik 1 ke 4), seperti terlihat dalam Gbr.13. Secara keseluruhan gambar member tertuang dalam Gbr.14 (angka dalam kotak).
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
21
Gbr 14. Nomor titik dan nomor batang
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
22
Gbr 15. Command
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
23
9.
Data perletakan Untuk mendifinisikan perletakan dapat meng klik Commands, kemudian Support Specification, tampilan nya akan seperti gambar berikut ini :
Gbr 16. Menyiapkan Perletakan
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
24
10. Material Constants Klik Command, Materials Contants dan Material Table, maka akan tampil :
Gbr 17. Konstanta Material
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
25
11. Member Property Untuk mendefinisikan Property dari batang-batang struktur, klik Command, Member Property, Prismatic, maka tampilannnya sebagai berikut :
Gbr 18. Property untuk menentukan bentuk penampang dan dimensi
Ada bermacam-macam tabel property yang tersedia di dalam Staad, tinggal memilih mana yang dibutuhkan.
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
26
12. Data Pembebanan Klik Commands > Loading > Primary Load, selanjutnya akan tampil kotak dialog Set Active Primary Load Case > Create New Primary Load Case . Buat Load 1 : Dead Load + Live Load (misalnya)
Gbr 19.Pendefinisian Load Cases
Dalam contoh di atas, pembebanan yang ditinjau adalah Beban Mati, Beban Hidup dan Beban Angin. Berikut 3 kasus pembebanan kombinasinya.
a. Beban Mati Beban Mati adalah semua beban gravitasi termasuk berat sendiri struktur. Berikut adalah contoh cara mendefinisikan berat sendiri (selfweight). Klik Commands, Loading, Primary Load, maka akan tampil :
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
27
Title boleh ditambahkan Nama Pembebanan, misalkan BEBAN MATI + BEBAN HIDUP. Klik Add, kemudian Close. Di samping kiri akan muncul tampilan sebagai berikut :
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
28
kemudian Klik LOAD CASE 1 dan Add. Akan terlihat sebagai berikut :
Berat sendiri bekerja pada sumbu Global Y dengan faktor -1. Klik Add kemudian Close.
Akan dicoba untuk melihat isi daripada perintah-perintah yang sudah dilakukan inputnya yaitu dengan mengklik STAAD-Editor.
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
29
STAAD Editor
Tampilan Input data dalam data base adalah sebagai berikut :
Data base ini bisa dirubah, ditulis kembali, akan tetapi apabila perintahnya salah tulis, maka program tidak akan mengenal perintah tersebut, sehingga akan terjadi error.
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
30
Dengan cara yang sama, dapat dilakukan input beban berikutnya. LOAD CASE 1 setelah berat sendiri adalah Beban Mati. Langkah pertama akan mulai meng-input beban pada balok Q1 dan Q2. Kemudian diikuti dengan beban pada balok V. •
Dari Page Menu klik Loads, dari Data Area, klik kotak dialog Load Cases Details, klik 1: LOAD CASE 1, selanjutnya klik Add, I s i B e b a n
Satuan dalam kotak dialog di atas dapat dirubah sewaktu-waktu sesuai kebutuhan
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
31
13. Perintah Analisa Setelah semua pembebanan di input, selanjutnya adalah melakukan input perintah analisa struktur. Klik Commands, Analysis.
Analysis untuk struktur seperti contoh di atas dapat dilakukan dengan Perform Analysis atau PDelta Analysis. Gunakan Perform Analysis. Untuk Print Option pilih No Print. Dan untuk Post-Analysis Print, dapat diperintah Output apa saja yang diinginkan. Contohnya dapat dilakukan perintah Support Reaction.
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
32
Selanjutnya apabila data base di cek kembali akan terlihat sebagai berikut :
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
33
14. Analyze Analyze dilakukan untuk melakukan perintah analisa struktur. Klik Analyze, Run Analysis. Tampilan yang muncul adalah :
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
34
Klik Done, hasil analisa dapat dilihat dengan mengklik STAAD Output :
STAAD Output
Tampilan STAAD Output :
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
35
15. Design Parameter Di dalam design, untuk pembahasan kali ini hanya akan mengupas Design Baja dan Design Beton Bertulang. Design Baja mengacu kepada AISC sedangkan Design Beton Bertulang mengacu kepada ACI. Untuk contoh perhitungan di atas, material baja mempunyai data sebagai berikut : •
Tegangan leleh = 2400 kg/cm2
•
Rasio untuk beban tetap adalah 1,00 sedangkan rasio untuk beban sementara diambil 1,30
Untuk material beton bertulang mempunyai data sebagai berikut : •
fc’ = 200 kg/cm2
•
Tegangan leleh tulangan pokok = 4000 kg/cm2
•
Tegangan leleh tulangan sekunder = 2400 kg/cm2
Tegangan leleh Member yang materialnya dari beton adalah member no. 1, 3, 4, 5, 7, 8 sedangkan member yang materialnya dari baja profil adalah member 2 dan 6.
Pengenalan StaadPro – Ir. Willy C. Wungo
36
Klik Commands, Design, dengan pilihan : 1. Concrete Design...... 2. Steel Design........ CONCRETE DESIGN Klik Commands, Design, Concrete Design, maka di sebelah kanan pada Area Data akan muncul tampilan Concrete Design - Whole Structure kemudian klik Select Parameter. Selanjutnya tampilannya adalah sebagai berikut :
Pindahkan semua parameter ke sebelah kiri dengan meng klik
Comments
Report "PENGENALAN SOFTWARE ANALISA & DESIGN STRUKTUR STAADPRO "